RU2342742C1 - Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа - Google Patents
Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2342742C1 RU2342742C1 RU2007115700/09A RU2007115700A RU2342742C1 RU 2342742 C1 RU2342742 C1 RU 2342742C1 RU 2007115700/09 A RU2007115700/09 A RU 2007115700/09A RU 2007115700 A RU2007115700 A RU 2007115700A RU 2342742 C1 RU2342742 C1 RU 2342742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- electrolyte
- air
- fuel cell
- cleaning
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к функциональным вспомогательным системам обслуживания топливных элементов, в частности к способам и устройствам для очистки воздуха, потребляемого в топливном элементе, от двуокиси углерода. Сущность изобретения: устройство содержит один или несколько газодиффузионных катодов, через которые проходит очищаемый воздух, один или несколько газодиффузионных анодов, через которые проходит продувочный газ, и электролит, расположенный между парами электродов, а электролит содержит соль угольной кислоты. В качестве устройства очистки может быть применена как новая, так и потерявшая активность батарея топливных элементов с циркулирующим электролитом. Техническим результатом является обеспечение возможности непрерывной очистки потока воздуха от углекислого газа при невысоком аэродинамическом сопротивлении устройства и небольших затратах энергии на очистку, а также обеспечение возможности применения в качестве устройства очистки воздуха устройства, конструктивно совпадающего с топливным элементом. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к функциональным вспомогательным системам обслуживания топливных элементов, в частности к способам и устройствам для очистки воздуха, потребляемого в топливном элементе, от двуокиси углерода.
Применение воздуха в качестве кислородсодержащего газа для некоторых типов топливных элементов затруднено из-за содержащегося в атмосферном воздухе небольшого количества углекислого газа. В частности, топливные элементы с циркулирующим щелочным электролитом требуют тщательной очистки подаваемого в них воздуха от углекислого газа.
Известно устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа, содержащее адсорберы, заполненные сорбентом углекислого газа, который подвергается периодической регенерации нагретым воздухом.
Недостатком данного устройства является периодичный режим работы устройства, сложная система переключателей газовых потоков, значительное аэродинамическое сопротивление адсорберов и большие затраты энергии на регенерацию сорбента.
(патент РФ № 2229759 «Способ очистки воздуха для топливных элементов и устройство для его осуществления» З.Р.Каричев, Д.А.Блатов, С.И.Симаненков, 27.05.2004).
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности непрерывной очистки потока воздуха от углекислого газа при невысоком аэродинамическом сопротивлении устройства и небольших затратах энергии на очистку. Техническим результатом также является обеспечение возможности применения в качестве устройства очистки воздуха устройства, конструктивно совпадающего с, топливным элементом.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство содержит один или несколько газодиффузионных катодов, через которые проходит очищаемый воздух, один или несколько газодиффузионных анодов, через которые проходит продувочный газ, и электролит, расположенный между парами электродов, а электролит содержит соль угольной кислоты. Предпочтительно в качестве электролита применен водный раствор гидрокарбоната калия. Предпочтительно электролит содержит вещество, окисленная и восстановленная форма которого может присутствовать в нем в относительно высоких концентрациях как в катодной, так и в анодной зоне. В качестве такого электролита может быть применен водный раствор смеси n-бензохинона, гидрохинона и гидрокарбоната калия. В качестве продувочного газа предпочтительно применен атмосферный воздух. Предпочтительно в продувочный газ добавляют водород.
Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.
В подаваемом в топливный элемент воздухе может быть снижено содержание углекислого газа до уровня, требуемого технологическими регламентами эксплуатации элемента.
Применение в качестве электролита водного раствора смеси n-бензохинона, гидрохинона и гидрокарбоната калия позволит снизить затраты электрической мощности на очистку воздуха от углекислого газа.
Добавление в продувочный газ водорода позволит снизить затраты электрической мощности на очистку воздуха от углекислого газа.
В качестве устройства очистки может быть применена батарея топливных элементов с циркулирующим электролитом как новая, так и потерявшая активность.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана конструкция единичной электролитической ячейки устройства.
Ячейка содержит пористый токосъемник 1, пористый катод 2, пористую асбестовую матрицу 3, пропитанную раствором или расплавом электролита, пористый анод 4 и пористый токосъемник 5.
Работа устройства осуществлена следующим образом.
В пористый токосъемник 1 устройства подают подлежащий очистке атмосферный воздух. В пористый токосъемник 5 подают продувочный атмосферный воздух. Проходя сквозь пористые токосъемники, воздух контактирует с электродами 2 и 4, смоченными электролитом, содержащимся в асбестовой матрице 3.
При подаче на электроды электрического напряжения в катодной зоне будут протекать реакции
O2+2Н2O+4CO2+4е→4НСО3 -
O2+2CO2+4е→2СО3 2-
В анодной зоне будут протекать реакции
4НСО3 --4е→O2+2Н2O+4СО2
2CO3 2--4e→O2+2CO2
В результате данных реакций в катодной зоне будет происходить снижение концентрации кислорода и углекислого газа в протекающем сквозь пористый токосъемник 1 воздухе, причем снижение концентрации углекислого газа в абсолютных величинах будет осуществляться в 2-4 раза интенсивнее, чем снижение содержания кислорода. Воздух из токосъемника 1 с пониженной концентрацией кислорода и углекислого газа подается на питание топливного элемента. Образовавшиеся на пористом катоде 2 карбонат- и гидрокарбонат-ионы будут диффундировать сквозь слой электролита к пористому аноду 4, на поверхности которого будет происходить выделение кислорода и углекислого газа. Выделившиеся в анодной зоне кислород и углекислый газ смешиваются с протекающем сквозь пористый токосъемник 5 атмосферным воздухом и вместе с ним удаляются из устройства. Иными словами, под действием электрического тока кислород и углекислый газ из атмосферы катодной зоны «перекачиваются» сквозь слой электролита в атмосферу анодной зоны, причем в количественном отношении углекислого газа будет «перекачиваться» в два - четыре раза больше, чем кислорода.
Напряжение, требуемое для работы данного устройства, относительно велико вследствие перенапряжения выделения кислорода на аноде. Для снижения затрат электрической мощности в продувочный воздух, подаваемый в пористый токосъемник 5, добавляют небольшие количества водорода, удаляемого с продувочными газами из топливного элемента. При этом на аноде 4 будут осуществляться дополнительные реакции, сопровождающиеся выделением энергии:
Н2+2НСО3 --2е→2Н2О+2СО2
Н2+СО3 2--2е→Н2O+CO2
В результате данных реакций потребляемое устройством очистки напряжение снижается вплоть до генерации электрической энергии.
Затраты электрической мощности можно снизить также путем добавления в электролит вещества, окисленная и восстановленная форма которого может присутствовать в нем в относительно высоких концентрациях как в катодной, так и в анодной зоне одновременно. В частности, таким веществом может быть хингидрон-эквимолярная смесь n-бензохинона и гидрохинона.
В этом случае, при подаче на электроды электрического напряжения, в катодной зоне будет протекать реакция
С6Н4O2+2Н2O+2CO2+2е→С6Н4(ОН)2+2НСО3 -
В анодной зоне будет протекать реакция
С6Н4(ОН)2+2НСО3 --2е→С6Н4O2+2Н2O+2CO2
Гидрохинон, образующийся в катодной зоне, за счет диффузии сквозь слой электролита будет возвращаться в анодную зону, а n-бензохинон, образующийся в анодной зоне, за счет диффузии будет возвращаться в катодную зону. Данные реакции отличаются пониженной разностью электрохимических потенциалов, в результате чего перенос углекислого газа из катодной зоны в анодную осуществляется при небольшом рабочем напряжении.
Claims (7)
1. Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа, отличающееся тем, что устройство содержит один или несколько газодиффузионных катодов, через которые проходит очищаемый воздух, один или несколько газодиффузионных анодов, через которые проходит продувочный газ, и электролит, расположенный между парами электродов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электролит содержит соль угольной кислоты.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве электролита применен водный раствор гидрокарбоната калия.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электролит содержит вещество, окисленная и восстановленная форма которого может присутствовать в нем в относительно высоких концентрациях как в катодной, так и в анодной зоне.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве электролита применен водный раствор смеси n-бензохинона, гидрохинона и гидрокарбоната калия.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве продувочного газа применен атмосферный воздух.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что продувочный газ содержит водород.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007115700/09A RU2342742C1 (ru) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007115700/09A RU2342742C1 (ru) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2342742C1 true RU2342742C1 (ru) | 2008-12-27 |
Family
ID=40376995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007115700/09A RU2342742C1 (ru) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2342742C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489196C1 (ru) * | 2012-02-17 | 2013-08-10 | Сергей Анатольевич Ермаков | Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от щелочных газофазных примесей |
| RU2494790C1 (ru) * | 2012-02-17 | 2013-10-10 | Сергей Анатольевич Ермаков | Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от вредных примесей |
| US10744457B2 (en) | 2017-07-25 | 2020-08-18 | Hamilton Sundstrand Corporation | Electrochemical separator |
-
2007
- 2007-04-25 RU RU2007115700/09A patent/RU2342742C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489196C1 (ru) * | 2012-02-17 | 2013-08-10 | Сергей Анатольевич Ермаков | Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от щелочных газофазных примесей |
| RU2494790C1 (ru) * | 2012-02-17 | 2013-10-10 | Сергей Анатольевич Ермаков | Устройство для очистки воздуха в жилых и производственных помещениях от вредных примесей |
| US10744457B2 (en) | 2017-07-25 | 2020-08-18 | Hamilton Sundstrand Corporation | Electrochemical separator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Conversion of a substrate carbon source to formic acid for carbon dioxide emission reduction utilizing series-stacked microbial fuel cells | |
| AU2010201005A1 (en) | Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatlytic electrodes | |
| KR101300482B1 (ko) | 매개 금속이온 및 환원제를 사용한 대기오염물질 처리 시스템 및 그 처리 방법 | |
| US20200002180A1 (en) | Electrochemical system for producing ammonia from nitrogen oxides and preparation method thereof | |
| JP2006159112A (ja) | 微生物担持電池兼電解装置及びこれを用いた電解方法 | |
| EP1372205A3 (en) | Method of operating phosphoric acid fuel cell | |
| Cao et al. | Enhancement of electrooxidation activity of activated carbon for direct carbon fuel cell | |
| KR101543322B1 (ko) | 철-edta을 매개로 한 황화수소 제거방법 | |
| RU2342742C1 (ru) | Устройство очистки воздуха для топливного элемента от углекислого газа | |
| CN100341181C (zh) | 燃料电池的催化剂及包含它的燃料电池 | |
| JP2004174369A (ja) | ガス処理方法とそのシステム | |
| JPH02311302A (ja) | 燃料電池に供給する水素ガスの精製装置 | |
| US3655547A (en) | Electrochemical cell having a bipolar electrode | |
| CN101649464A (zh) | 二氧化碳分解制氧器 | |
| KR101338287B1 (ko) | 악취가스 처리를 위한 전기활성 촉매 산화장치 및 그것을 사용한 산화방법 | |
| CN216698450U (zh) | 一种燃料电池用氢气的杂质净化装置 | |
| JP4733788B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| Chaenko et al. | Indirect electrochemical oxidation of aliphatic alcohols to carboxylic acids by active oxygen forms in aqueous media | |
| CN215208628U (zh) | 一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统 | |
| KR100564062B1 (ko) | 유기폐액의 복합매개산화 처리장치 | |
| KR100941992B1 (ko) | ＮＯｘ, ＳＯｘ 및 다이옥신류 처리를 위한 전기화학적매개 산화 처리공정의 성능 향상을 위한 장치 | |
| Jeong et al. | Electrochemically-mediated treatment of sulfur dioxide and purification of carbon dioxide coupled with hydrogen production | |
| CN110194519B (zh) | 一种脉冲电芬顿高效去除1,4-二氧六环的方法 | |
| RU2342741C1 (ru) | Устройство очистки синтез-газа от углекислого газа | |
| RU2335883C1 (ru) | Устройство для очистки воздуха в хранилище с регулируемым составом атмосферы от кислорода и/или углекислого газа |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130426 |