RU2396640C1 - Электролит для топливного элемента прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов - Google Patents
Электролит для топливного элемента прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396640C1 RU2396640C1 RU2009117280/09A RU2009117280A RU2396640C1 RU 2396640 C1 RU2396640 C1 RU 2396640C1 RU 2009117280/09 A RU2009117280/09 A RU 2009117280/09A RU 2009117280 A RU2009117280 A RU 2009117280A RU 2396640 C1 RU2396640 C1 RU 2396640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- alkali metal
- telomeric
- coon
- cathode
- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Изобретение относится к новому электролиту для топливного элемента прямого электроокисления боргидрилов щелочного металла и может быть использовано в автономных источниках водорода, для питания водородно-воздушных топливных элементов, а также в топливных элементах прямого окисления растворенного топлива. Предлагаемый согласно изобретению электролит включает концентрированный раствор гидроксида щелочного металла, преимущественно 6М КОН, вторичное топливо, выбранное из многоатомного спирта, такого как глицерин, и дополнительно содержит метилцеллозольв в качестве загустителя, и перфторированное соединение, для обеспечения повышенной растворимости кислорода воздуха и снижения затопляемости газовых пор катода. В качестве перфторированного соединения электролит преимущественно содержит соли теломерных или полностью фторированных кислот, например, тетраалкиламмонийные соли теломерных или перфторкарбоновых кислот H(CF2)nCOON(C4H9)4, где n=2-4 или RFCOON(C4H9)4, где RF=C2F5, С3F7, С4F9, взятых обычно в концентрации 10-12% (масс). Топливные композиции, включающие концентрат боргидрида щелочного металла, и предлагаемый электролит представляют собой гелевую композицию, которую удобно хранить до начала непосредственной эксплуатации автономного зарядного устройства (АЗУ) на основе ТЭ. Техническим результатом является снижение промокаемости катодного электрокатализатора и возможность затопления газовых пор газодиффузионного катода в процессе работы АЗУ и хранения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к новому гелевому электролиту для топливного элемента (ТЭ) прямого электроокисления боргидридов щелочного металла и может быть использовано в автономных источниках водорода, для питания водородно-воздушных топливных элементов, а также в топливных элементах прямого окисления растворенного топлива в портативных автономных зарядных устройствах (АЗУ).
Анализ литературы, посвященной топливным композициям на основе металлогидридов щелочных металлов [см., например, патенты US6,554,877 или US6,562,497] показывает, что эти композиции состоят из так называемого первичного топлива - первичные, вторичные и третичные спирты (метанол, этиленгликоль, глицерин) и вторичного топлива - металлогидридов, в частности, боргидрида натрия, в концентрированном растворе гидроксида щелочного металла, преимущественно, в 6М КОН (см. US6,554,877). Роль первичного топлива сводится, в основном, к предотвращению несанкционированного разложения или электроокисления боргидрида в условиях разомкнутой цепи автономного зарядного устройства (АЗУ) на основе топливного элемента (ТЭ), когда не подключена нагрузка. В этом случае добавки спиртов выполняют роль адсорбирующихся добавок на активных местах анодного электрокатализатора. При подключении нагрузки эти добавки не должны влиять на электрокаталитические свойства анода в реакции прямого электроокисления боргидрида щелочного металла.
Ниже приведены реакции протекающие в боргидридно-воздушном ТЭ.
Общая реакция
ВН4 -+2O2→ВO2 -+2Н2O Е°=1.64 В
Анодные реакции
ВН4 -+8ОН-→ВO2 -+6Н2O+8е- Е°=-1.24 В
ВН4 -+4OН-→ВO2 -+2Н2O+2Н2+4е-
2Н2+4OН-→4Н2O+4е-
Нежелательные реакции каталитического разложения боргидридов
ВН4 -+Н2O→ВН3ОН-+Н2
BH 3 OH - +Н 2 O→ВО 2 - +3Н 2
ВН4 -+2Н2O→ВO2 -+4Н2
Катодная реакция
2O2+4Н2O+8е-→8OН- Е°=0.40 В
Следует отметить, что поскольку топливная композиция содержит органические добавки, они могут отрицательно влиять на катодную реакцию электровосстановления кислорода воздуха, вследствие их ускоряющего действия на промокаемость катодного электрокатализатора и возможность затопления газовых пор газодиффузионного катода. Задачей настоящего изобретения является улучшение состава электролита, для топливной композиции (ТЭ), содержащее высокоэффективное и безопасное топливо на основе боргидрида натрия или калия в щелочном растворе с добавками органических компонентов.
Предлагаемый согласно изобретению электролит для прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов, включающий концентрированный раствор гидроксида щелочного металла, вторичное топливо, выбранное из многоатомного спирта, такого как глицерин в отличие от ранее известного электролита, описанного, например, в US6,554,877, дополнительно содержит метилцеллозольв в качестве загустителя и перфторированное соединение, для обеспечения повышенной растворимости кислорода воздуха и снижения затопляемости газовых пор катода.
В качестве перфторированного соединения электролит преимущественно соли теломерных или полностью фторированных кислот, например, тетраалкиламмонийные соли теломерных (не полностью фторированных) или перфторкарбоновых кислот H(CF2)nCOON(C4H9)4, где n=2-4 или RFCOON(C4H9)4, где RF=C2F5, С3F7, C4F9. При этом концентрация тетраалкиламмонийных солей теломерных или перфторкарбоновых кислот обычно составляет 10-12%(масс).
Концентрированный раствор гидроксида щелочного металла, как правило, представляет собой 6М КОН.
Можно использовать и другие концентрации и другие щелочные растворы. Однако это ухудшит результаты, получаемые при хранении и электроокислении боргидридов щелочных металлов.
Топливные композиции, включающие концентрат боргидрида щелочного металла, и предлагаемый электролит будут представлять собой гелевую композицию, которую удобно хранить до начала непосредственной эксплуатации зарядного устройства на основе ТЭ. Кроме того, предлагаемый электролит позволит снизить промокаемость катодного электрокатализатора и возможность затопления газовых пор газодиффузионного катода в процессе электроокисления и хранения.
Таким образом, композитное топливо для топливных элементов прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов в растворе гидроксида щелочного металла имеет по крайней мере три компоненты. Первичное топливо - боргидрид щелочного металла - неорганическое соединение, содержащее водород с высоким восстановительным потенциалом, которое действует как высоко реактивный источник энергии и служит катализатором каталитического окисления вторичного топлива, выбранного из многоатомного спирта, такого как глицерин, которое является одновременно поверхностно-активным соединением и предохраняет от нежелательного каталитического разложения боргидрид щелочного металла - первичное топливо. Третий компонент - фторированное соединение, препятствует затоплению пор катода и повышает растворимость кислорода в электролите.
Боргидриды щелочных металлов имеют наиболее высокую теоретическую удельную энергию (9296 Вт ч кг-1 для NaBH4). Сочетание преимуществ (химическая стойкость боргидридов, дешевизна, доступность, растворимость в воде продуктов электрохимических превращений, безопасность при транспортировке, получение в качестве продукта прямого окисления метабората натрия, возможность работы при комнатной температуре, отсутствие потребности в дополнительной энергии для реализации процесса в реакторе (конструкция которого максимально проста) делают боргидридно-воздушные ТЭ крайне привлекательными в качестве источников тока.
В качестве окислителя в топливном элементе используется кислород воздуха.
Для приготовления электролита используют деионизированную воду.
В состав электролита могут входить также синтетические гидроколоиды, к которым относятся: натрий-карбоксиметилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, метиловый эфир целлюлозы, выполняющие роль реологических модификаторов (до 1%), регулирующих структуру топливной пасты от полужидкого до высоковязкого состояния.
Вязкость полученного на основе предлагаемого электролита топлива может составлять до 75 Па·с.
В состав электролита не входят компоненты, ускоряющие гидролиз боргидрида щелочного металла.
Предлагаемый электролит был испытан в макете боргидрид-воздушного топливного элемента.
На чертеже представлена вольтамперная характеристика боргидрид-воздушного ТЭ при комнатной температуре. Состав электролита 1М NaBH4, 10% C4F9COON(C4H9)4, 10% глицерина в 5 мл 6 М КОН (без загустителя).
Длительные испытания боргидрид-воздушного ТЭ при постоянном напряжении 0.7 В показали, что плотность тока окисления была стабильной и составляла от 70 до 80 мАсм-2.
Claims (4)
1. Электролит для прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов, включающий концентрированный раствор гидроксида щелочного металла, вторичное топливо, выбранное из многоатомного спирта, такого как глицерин, отличающийся тем, что дополнительно содержит метилцеллозольв в качестве загустителя и перфторированное соединение для обеспечения повышенной растворимости кислорода воздуха и снижения затопляемости газовых пор катода.
2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что концентрированный раствор гидроксида щелочного металла представляет собой 6М КОН.
3. Электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве перфторированного соединения содержит соли теломерных или полностью фторированных кислот, например тетраалкиламмонийные соли теломерных или перфторкарбоновых кислот H(CF2)nCOON(C4H9)4, где n=2-4, или RFCOON(C4H9), где RF=C2F5, С3F7, C4F9 .
4. Электролит по п.3, сличающийся тем, что содержание тетраалкиламмонийных солей теломерных или перфторкарбоновых кислот обычно составляет 10-12 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117280/09A RU2396640C1 (ru) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Электролит для топливного элемента прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117280/09A RU2396640C1 (ru) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Электролит для топливного элемента прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2396640C1 true RU2396640C1 (ru) | 2010-08-10 |
Family
ID=42699179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009117280/09A RU2396640C1 (ru) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Электролит для топливного элемента прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2396640C1 (ru) |
-
2009
- 2009-05-07 RU RU2009117280/09A patent/RU2396640C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6773470B2 (en) | Suspensions for use as fuel for electrochemical fuel cells | |
US6562497B2 (en) | Liquid fuel compositions for electrochemical fuel cells | |
US6758871B2 (en) | Liquid fuel compositions for electrochemical fuel cells | |
AU2002241813A1 (en) | Liquid fuel compositions for electrochemical fuel cells | |
US20090029206A1 (en) | Electrolyte solution for hydrogen generating apparatus and hydrogen generating apparatus comprising the same | |
RU2396640C1 (ru) | Электролит для топливного элемента прямого электроокисления боргидридов щелочных металлов | |
US20080318104A1 (en) | Electrolyte solution for hydrogen generating apparatus and hydrogen generating apparatus comprising the same | |
RU2402119C1 (ru) | Источник тока портативный | |
PETROV et al. | CHARACTERIZATION OF AB5 TYPE ALLOYS AS A POTENTIAL ELECTRODE MATERIAL FOR FUEL CELLS | |
RU2396638C1 (ru) | Портативный источник тока | |
RU2402118C1 (ru) | Источник тока портативный | |
RU2402117C1 (ru) | Портативный источник тока на основе прямого окисления боргидридов щелочных металлов | |
Petrov et al. | Anode materials for direct borohydride fuel cells | |
BRPI1106528A2 (pt) | eletrocatalisadores contendo platina e bismuto para aplicação em células a combustível alcalinas utilizando etanol diretamente como combustível | |
JP2005060198A (ja) | 液体燃料およびそれを燃料として用いた燃料電池 | |
CN102324540A (zh) | Edta用于直接甲酸燃料电池中电解液添加剂的用途 | |
Hristov et al. | Electrooxidation of alkaline borohydrides on metal hydride electrodes | |
ZA200407631B (en) | Suspensions for use as fuel for electrochemical fuel cells | |
KR20040088097A (ko) | 소듐보로하이드라이드가 함유된 액체연료를 사용하는연료전지 | |
IL164331A (en) | Suspensions for use as fuel for electrochemical fuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140508 |