RU2603772C2 - Воздухопроницаемый электрод и способ применения в расщеплении воды - Google Patents

Воздухопроницаемый электрод и способ применения в расщеплении воды Download PDF

Info

Publication number
RU2603772C2
RU2603772C2 RU2014152642/04A RU2014152642A RU2603772C2 RU 2603772 C2 RU2603772 C2 RU 2603772C2 RU 2014152642/04 A RU2014152642/04 A RU 2014152642/04A RU 2014152642 A RU2014152642 A RU 2014152642A RU 2603772 C2 RU2603772 C2 RU 2603772C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cell
porous membrane
splitting water
gas
water according
Prior art date
Application number
RU2014152642/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014152642A (ru
Inventor
Бьорн ВИНТЕР-ЙЕНСЕН
Дуглас МАКФАРЛЕЙН
Ораван ВИНТЕР-ЙЕНСЕН
Original Assignee
Монаш Юниверсити
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 Монаш Юниверсити filed Critical Монаш Юниверсити
Publication of RU2014152642A publication Critical patent/RU2014152642A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2603772C2 publication Critical patent/RU2603772C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • 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
    • 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
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • 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
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/095—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one of the compounds being organic
    • 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
    • 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
    • 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
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • 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
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к ячейке для расщепления воды, имеющей по меньшей мере один электрод, содержащий пористую мембрану, причем пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной, и газ, получаемый по меньшей мере на одном электроде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану. Также изобретение относится к способам получения водорода, кислорода и расщепления воды. Настоящее изобретение позволяет повысить эффективность электролитических реакций. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр., 7 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области электрохимии, в частности к электродам и электролитическим реакциям.
В одном воплощении изобретение относится к новому электроду.
В одном конкретном аспекте данное изобретение подходит для применения в процессах расщепления воды.
В другом конкретном аспекте настоящего изобретения предложен способ отделения газов непосредственно в электролитической реакции, такой как расщепление воды.
В другом аспекте настоящего изобретения предложено устройство для расщепления воды.
Ниже в данном документе будет описано изобретение, относящееся к расщеплению воды, однако следует иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничено только данным применением.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Следует понимать, что любое обсуждение документов, устройств, действий или знаний в данном описании включено для объяснения контекста настоящего изобретения. Кроме того, обсуждение в данном описании связано с реализацией автора изобретения и/или идентификацией автором изобретения определенных проблем предшествующего уровня техники. Кроме того, любое обсуждение материала, такого как документы, устройства, действия или знания в данном описании, включено для объяснения контекста изобретения с точки зрения знаний и опыта автора изобретения, и, соответственно, любое такое обсуждение не следует рассматривать как допущение того, что любой материал образует часть предшествующего уровня техники или общего знания в соответствующей области техники в Австралии или другом месте, в или до даты приоритета описания и формулы изобретения в данном документе.
В суммарной реакции расщепления воды, 2H2O→2Н2+О2, в качестве конечных продуктов образуются газы O2 и Н2. Эти газы должны храниться отдельно для последующего индивидуального использования и во избежание получения взрывчатой газовой смеси (Tributsch Н. Photovoltaic hydrogen generation Int J Hydrogen Energy 2008; 33: 5911-30). Существует несколько подходов к проектированию устройств, которые могут поддерживать разделение указанных двух газов во время электролиза, например, использование мембраны для разделения электродных отсеков. Это также минимизирует переход растворенных газов с одного электрода для повторного использования на другом электроде (Ioroi Т, Oku Т, Yasuda K, Kumagai N, Miyazaki Y. Influence of PTFE coating on gas diffusion backing for unitized regenerative polymer electrolyte fuel cells. J Power Sources 2003; 124: 385-9; и Marangio F, Pagani M, Santarelli M, Cali M, Concept of a high pressure РЕМ electrolyser prototype. Int J Hydrogen Energy 2011; 36: 7807-15).
Хотя газы могут быть разделены, данные технологии вызывают новые проблемы, такие как стоимость, механические свойства, высокое сопротивление через мембрану, и для правильного функционирования требуется сверхчистая вода (Nieminen J, Dincer I, Naterer G. Comparative performance analysis of РЕМ and solid oxide steam electrolysers. Int J Hydrogen Energy 2010; 35: 10842-50). Также рассматривают щелочные электролизеры с нулевым зазором, использующие ОН- проводящие мембраны (Pletcher D, Li X. Prospects for alkaline zero gap water electrolysers for hydrogen production. Int J Hydrogen Energy 2011; 36: 15089-104).
В традиционном щелочном электролизере, где диафрагма является единственным сепаратором, образование пузырьков внутри и между электродом и сепаратором является основной причиной транспортного сопротивления. Был сделан ряд предложений по управлению движением пузырьков, например использование механической циркуляции электролита, использование (стабильных) добавок для снижения поверхностного натяжения электролита, так чтобы пузырьки могли более легко покидать систему, и менее привлекательная для пузырьков газа модификация свойств поверхности электрода (Zeng K, Zhang D. Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogen production and applications. Prog Energy Combust Sci 2010; 36: 307-26.).
Одним из признаков реакции выделения O2 является то, что концентрация растворенного кислорода на электроде должна доходить до уровня, достаточного для зарождения и образования небольших пузырьков высокого давления. Согласно уравнению Лапласа: P=2γ/r, где P представляет собой давление в пузырьке, у представляет собой поверхностное натяжение, а r представляет собой радиус пузырька, около поверхности электролита, пузырьки O2 с радиусом 0,1 мкм должны иметь давление 14 атм при 25°C. Необходимые концентрации не только производят перенапряжение на электроде (и таким образом неэффективность при расщеплении воды), но также представляют очень реакционную среду, которая вызывает проблемы в отношении долгосрочной стабильности многих катализаторов.
В некоторых исследованиях описаны попытки улучшения эффективности ячеек для расщепления воды путем добавления расходуемых агентов или сокатализаторов, модификации кристаллических структур и морфологии катализатора, и удельной площади поверхности (Kudo A, Miseki Y. Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chem Soc Rev 2009; 38: 253-78; Kato H, Asakura K, Kudo A. Highly efficient water splitting into H2 and O2 over lanthanum-doped NaTaO3 photocatalysts with high crystallinity and surface nanostructure. J Am Chem Soc 2003; 125: 3082-9: и Osterloh FE. Inorganic materials as catalysts for photochemical splitting of water. Chem Mater 2008; 20: 35-54.)
В нескольких сообщениях разработаны новые архитектуры электродов в нано- или микроскопических масштабах для повышения производительности ячеек (Mohapatra SK, Misra М, Mahajan VK, Raja KS. Design of a highly efficient photoelectrolytic cell for hydrogen generation by water splitting: Application of TiO2-xCx nanotubes as a photoanode and Pt/TiO2 nanotubes as a cathode. J Phys Chem С 2007; 111: 8677-85; и Yin Y, Jin Z, Hou F. Enhanced solar water-splitting efficiency using core/sheath heterostructure CdS/TiO2 nanotube arrays. Nanotechnology 2007; 18).
Также были сделаны попытки разделять газы с использованием разного течения электролита в планарном микротехнологическом устройстве, но эффективность устройства была невысокой (Jiang L, Myer В, Tellefsen K, Pau S. A planar microfabricated electrolyzer for hydrogen and oxygen generation. J Power Sources 2009; 188: 256-60). По-видимому, улучшения, основанные на модификации структуры электрода для быстрого удаления O2 из ячейки перед образованием пузырька, пока еще не были широко рассмотрены. Традиционные газодиффузионные электроды (ГДЭ) типа, используемого в топливных элементах, имеют тенденцию продолжать образовывать пузырьки O2 при работе в устройствах для расщепления воды (Ioroi Т, Oku Т, Yasuda K, Kumagai N, Miyazaki Y. Influence of PTFE coating on gas diffusion backing for unitized regenerative polymer electrolyte fuel cells. J Power Sources 2003; 124: 385-9). Кроме того, данные электроды не являются стабильными в условиях окисления воды (ОВ), причем углерод быстро окисляется при потенциалах, участвующих в OB (Chaparro AM, Mueller N, Atienza С, Daza L. Study of electrochemical instabilities of PEMFC electrodes in aqueous solution by means of membrane inlet mass spectrometry. J Electroanal Chem 2006; 591: 69-73; и Jang SE, Kim H. Effect of water electrolysis catalysts on carbon corrosion in polymer electrolyte membrane fuel cells. J Am Chem Soc 2010; 132: 14700-1).
В другой работе предшествующего уровня техники гидрофобная газопроницаемая пористая мембрана (Goretex®) была использована для разработки эффективной трехфазной структуры границы раздела для воздушного электрода (Winther-Jensen В, Winther-Jensen О, Forsyth М, MacFarlane DR. High rates of oxygen reduction over a vapour phase-polymerized PEDOT electrode. Science 2008; 321: 671-4). Преимуществом этого, как субстрата для электрода, является то, что газ может диффундировать через мембрану, но жидкая вода не может, и что эффективная трехфазная граница раздела может поддерживаться во время работы. Тот факт, что ячейка линейно отвечает на содержание O2 в подаваемом газе при реакции восстановления O2, явно доказывал, что была достигнута эффективная транспортировка газа через электрод.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства, способа и процесса для использования гидрофобной мембраны для электролиза для непосредственного выделения выделяющихся газов из раствора электролита.
Другой задачей является повышение эффективности электролитических реакций, таких как расщепление воды.
Еще одной задачей настоящего изобретения является уменьшение по меньшей мере одного недостатка, связанного с предшествующим уровнем техники.
Задачей описанных в данном документе воплощений является преодоление или уменьшение по меньшей мере одного из отмеченных выше недостатков систем предшествующего уровня техники или по меньшей мере обеспечение полезной альтернативы системам предшествующего уровня техники.
В первом аспекте воплощений, описанных в данном документе, предложена ячейка для расщепления воды, имеющая по меньшей мере один электрод, содержащий пористую мембрану, где газ, получаемый по меньшей мере на одном электроде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану.
Удаление полученного газа через пористую мембрану приводит к устройству, способному выделять газ из реакции на электроде. Следует отметить, что пористая мембрана может также быть пористой газопроницаемой мембраной, если может быть установлена соответствующая межфазовая граница. Более 90% газа, получаемого по меньшей мере на одном электроде, может быть удалено из ячейки через пористую мембрану. Желательно, более 95% и более 99% получаемого газа может быть удалено через пористую мембрану.
Удаление газа из реакции на электроде без существенного образования пузырьков позволяет достигать реакции расщепления воды с существенно более низким перенапряжением, увеличивая тем самым эффективность ячейки для расщепления воды.
Под термином "без существенного образования пузырьков" следует понимать, что авторы изобретения подразумевают "без существенного образования пузырьков, видимых невооруженным глазом". Все пузырьки "образуются" очень небольшими, а затем растут, так как это является предпочтительным состоянием, поскольку это снижает давление в пузырьке (согласно уравнению Лапласа: P=2γ/r, где P представляет собой давление в пузырьке, γ представляет собой поверхностное натяжение и r представляет собой радиус пузырька). Небольшие пузырьки могут легко сливаться с образованием более крупных пузырьков, приводя, таким образом, к получению целого диапазона размеров пузырьков. Ячейка для расщепления воды способна работать без существенного образования пузырьков газа более 125 мкм в диаметре. В некоторых воплощениях ячейка для расщепления воды способна работать без существенного образования пузырьков более 100 мкм в диаметре и без образования пузырьков более 50 мкм в диаметре. Ячейка для расщепления воды может в конкретных воплощениях работать без образования пузырьков газа.
Отделение газа от активной области электрода без существенного образования пузырьков способствует эффективной работе ячейки для расщепления воды.
Во втором аспекте воплощений, описанных в данном документе, предложена ячейка для расщепления воды, имеющая катод, содержащий пористую мембрану, где газ H2, получаемый на катоде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану с выделением газа H2 из катодной реакции без образования пузырьков.
В третьем аспекте воплощений, описанных в данном документе, предложена ячейка для расщепления воды, имеющая анод, содержащий пористую мембрану, где газ O2, получаемый на аноде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану с выделением газа O2 из анодной реакции без образования пузырьков.
В четвертом аспекте воплощений, описанных в данном документе, предложена ячейка для расщепления воды, имеющая:
катод, содержащий первую пористую мембрану,
анод, содержащий вторую пористую мембрану,
по меньшей мере один электролит для погружения анода и катода,
при этом газ образуется на электродах без образования пузырьков и диффундирует из ячейки через пористые мембраны.
В пятом аспекте воплощений, описанных в данном документе, предложен электрод для расщепления воды, содержащий пористую мембрану, связанную с модельным катализатором.
В шестом аспекте воплощений, описанных в данном документе, предложено устройство для расщепления воды согласно настоящему изобретению, содержащее пористую мембрану, связанную с модельным катализатором.
Данный катализатор может быть выбран из известных катализаторов согласно реакции, протекающей на электроде. Обычно могут быть использованы драгоценные металлы, такие как платина, золото и палладий. Кроме того, подходящие катализаторы для окисления воды включают: редкие элементы, такие как комплексы Ru и Ir, комплексы Mn, которые были широко изучены в качестве моделей выделения кислорода-катализатор (ОЕС), но ни один из них не является чистым фото-катализатором, и комплексы распространенных металлов, таких как Fe, NiOx и Со (например, X. Liu, F. Wang, Transition metal complexes that catalyze oxygen formation from water: 1979-2010, Coordination Chemistry Reviews 256 (2012) 1115-1136; P. Du, R. Eisenberg, Catalysts made of earth-abundant elements (Co, Ni, Fe) for water splitting: Recent progress and future challenges, Energy and Environmental Science 5 (2012) 6012-6021; и M.W. Kanan, D.G. Nocera, In situ formation of an oxygen-evolving catalyst in neutral water containing phosphate and Co2+, Science 321 (2008) 1072-1075).
Для повышения стабильности такие металл-оксидные катализаторы могут содержать дополнительный элемент, такой как фосфор. Для восстановления воды сообщалось о проводящих полимерах, таких как поли(3,4-этилендиокситиофен) и полипиррол, Со, Ni, несколько комплексов Fe и MoSx, в качестве катализаторов для реакции восстановления воды (P. Du, R. Eisenberg, Catalysts made of earth-abundant elements (Co, Ni, Fe) for water splitting: Recent progress and future challenges, Energy and Environmental Science 5 (2012) 6012-6021; B. Winther-Jensen, K. Fraser, C. Ong, M. Forsyth, D.R. MacFarlane, Conducting polymer composite materials for hydrogen generation, Advanced Materials 22 (2010) 1727-1730; J. Chen, J. Huang, G.F. Swiegers, C.O. Too, G.G. Wallace, A readily-prepared electrocatalytic coating that is more active than platinum for hydrogen generation in 1 M strong acid, Chemical Communications 10 (2004) 308-309; Y. Hou, B.L. Abrams, P.C.K. Vesborg, M.E. Bjorrketun, K. Herbst, L. Bech, A.M. Setti, C.D. Damsgaard, T. Pedersen, O. Hansen, J. Rossmeisl, S. Dahl, J.K. Norskov, I. Chorkendorff, Bioinspired molecular co-catalysts bonded to a silicon photocathode for solar hydrogen evolution, Nature Materials 10 (2011) 434-438). Выбор катализатора будет зависеть от рабочих условий, таких как температура, соленость и pH электролита.
В другом воплощении катализатор представляет собой платину, нанесенную на пористую мембрану.
Ячейка по настоящему изобретению не только отделяет газы и уменьшает перенос газа в ячейке, но также способствует более благоприятной окружающей среде для работы катализатора. Как правило, увеличение парциального давления O2 в электролитической ячейке вызывает увеличение деградации катализатора, особенно анодного катализатора. Следовательно, удаление O2 согласно настоящему изобретению снижает данный эффект, позволяя использовать (фото)катализаторы, ранее неподходящие, такие как CdS, CdSe и GaAs.
В одном воплощении катализатор настраивают на получение газа (водорода или кислорода) со скоростью, которая соответствует потоку через мембрану, для обеспечения возможности полного или почти полного вывода газов без существенного образования пузырьков.
Желательно, чтобы наступающий угол контакта пористой мембраны с электролитом составлял более 90°.
В другом воплощении пористая мембрана является гидрофобной мембраной. Подходящие мембраны могут иметь различные размеры пор и формы пор и могут быть изготовлены из различных гидрофобных материалов. Мембраны могут иметь размер пор менее 0,5 мкм, менее 0,1 мкм или менее 0,05 мкм.
В другом воплощении пористая мембрана может быть или может не быть гидрофобной по природе, но быть покрытой тонкой пленкой гидрофобного вещества. Подходящее гидрофобное вещество может представлять собой лучше или силикон и повышать смачиваемость пористой мембраны, в то же время все еще обеспечивая необходимую степень воздухопроницаемости (имея достаточный поток газа через мембрану). Другие подходящие тонкопленочные покрытия могут быть выбраны из группы, состоящей из силикон-фторполимера, полидиметилсилоксана (ПДМС) или его сополимеров, ПДД-ТФЭ (перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксол с тетрафторэтиленом) и их комбинаций.
В другом воплощении пористая мембрана содержит гидрофобное проводящее углеродное вещество, такое как углеродное волокно, графен или углеродные нанотрубки.
Уравнение Юнга-Лапласа, определяющее капиллярное давление, Рс, может быть использовано в качестве руководства при отборе материалов и размера пор для мембраны. Оно гласит, что капиллярное давление (pc) пропорционально поверхностному натяжению (γ) и обратно пропорционально эффективному радиусу (r) границы раздела, оно также зависит от краевого угла смачивания (θ) жидкости на поверхности капилляра.
Figure 00000001
Когда угол контакта приближается к 90°, капиллярное давление идет к нулю (и в конечном итоге меняет знак), приводя к смачиванию мембраны. Это теоретически ограничивает возможные мембранные материалы теми материалами, которые имеют угол контакта более 90°. В таблице 1 перечислены среднее поверхностное натяжение и углы контакта с водой для обычных гидрофобных полимеров. Следует принимать во внимание, что способ производства и марка материала могут приводить к некоторым изменениям угла контакта. Например, для полистирола были зарегистрированы контактные углы вплоть до 98°, в то время как среднее значение составляет менее 90°. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что только часть мембраны, которая находится в непосредственном контакте с водой, должна иметь необходимый большой угол контакта, и что это может быть получено, например, путем нанесения на одну сторону (гидрофильной) мембраны одного из полимеров из нижеприведенного списка. Некоторые углеродные материалы (например, углеродное волокно) имеют угол контакта более 90°, и, следовательно, могут быть использованы непосредственно в качестве проводящей гидрофобной мембраны. Тем не менее, на указанные углеродные материалы должны быть нанесены соответствующие катализаторы.
Figure 00000002
Figure 00000003
Например, со ссылкой на приведенное выше уравнение Юнга-Лапласа, для политетрафторэтиленовой (ПТФЭ) мембраны в контакте с жидкой водой углы контакта, как правило, составляют от 100° до 115° (http://www.accudynetest.com/polymer_surface_data/ptfe.pdf). Поверхностное натяжение воды обычно составляет 0,07197 Н/м при 25°С (http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension). Если вода содержит электролит, такой как 1 М KOH, то поверхностное натяжение воды, как правило, увеличивается до 0,07480 Н/м (согласно научной статье "Surface tension of aqueous electrolyte solutions at high concentrations - representation and prediction" в Chemical and Engineering Science, Volume 56 (2001), pages 2879-2888, авторов Zhibao Li и Benjamin C.-Y. Lu). При применении данных параметров к уравнению Уошборна получают следующие данные:
Figure 00000004
Расчетное капиллярное давление протестированных и оказавшихся подходящими мембран находится в интервале от -2500 Па (Mitex (ПТФЭ)) до -132000 Па (Celgard 880 (ПЭ)), и тем самым подчеркивая большую свободу проектирования при выборе мембран. Отрицательный знак значений давления указывает на то, что капиллярное давление направлено из поры, и таким образом предотвращает затопление мембраны. Данные значения давления хорошо согласуются с результатами измерений, полученными для мембран из углеродной бумаги с ПТФЭ покрытием ("Capillary pressures in carbon paper gas diffusion layers having hydrophilic and hydrophobic pores" Liang Hao, Ping Cheng, International Journal of Heat and Mass Transfer 55 (2012) 133-139). В одном воплощении капиллярное давление мембраны будет ниже -5000 Па. Для систем, где вода диспергирована или растворена в гидрофобных электролитах, соображения, касающиеся капиллярного давления, будут по-прежнему действительны, но в данном случае должна быть использована гидрофильная мембрана, чтобы избежать проникновения растворителя в мембрану.
Сочетание электрода по настоящему изобретению с катализаторами и фото-катализаторами различных типов, например, недрагоценным металлом и оксидами металлов, предоставляет более широкие возможности для изготовления экономически выгодных и простых электролитических устройств для расщепления воды.
Другие аспекты и формы раскрыты в описании и/или определены в прилагаемой формуле изобретения, образуя часть описания изобретения.
По существу, воплощения настоящего изобретения берут начало из понимания того, что структура воздухопроницаемого электрода может быть использована для непосредственного разделения газов в электролитической реакции.
Далее приведены преимущества ячейки для расщепления воды и электродов по настоящему изобретению:
эффективное удаление газов из реакции расщепления воды с одновременным улучшением эффективности системы;
прямое разделение газов, исключающее необходимость в сепараторе;
получение газов высокой чистоты;
снижение потенциала для окисления образующегося водорода на аноде и для восстановления образующегося кислорода на катоде;
обеспечение более благоприятной среды для работы катализатора;
облегчение использования других неподходящих катализаторов, которые бы деградировали при возрастании парциального давления O2;
прямое разделение газов снижает перенос газа и тем самым повышает ниобиевую эффективность; и
сочетание электрода с оптимизированными катализаторами и фотокатализаторами предоставляет возможность изготовления экономически более эффективных электролитических устройств.
Дополнительный объем применимости воплощений настоящего изобретения станет очевидным из подробного описания, приведенного ниже в данном документе. Тем не менее, следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, показывающие предпочтительных воплощений изобретения, даны только в качестве иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения в данном документе станут очевидны специалистам в области техники из подробного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Дальнейшее описание, задачи, преимущества и аспекты предпочтительных и других воплощений настоящей заявки могут быть лучше поняты специалистами в данной области техники посредством ссылки на следующее описание воплощений, рассматриваемое вместе с прилагаемыми графическими материалами, которые приведены только в качестве иллюстрации, и, таким образом, не ограничивают раскрытие в данном документе, и где:
Фигура 1a представляет собой схему экспериментальной установки, показывающую электрод сравнения 1, анод 3, катод 4 и датчик кислорода 5 по отношению к электролизной камере 6 слева, прикрепленной к камере сбора газа 7 справа (половина воздухопроницаемой ячейки); Фигура 1b иллюстрирует движения газа и ионов в водном электролите 11 по отношению к катоду 10 и аноду 12, соответствующим установке, показанной на Фигуре 1а; и Фигура 1с иллюстрирует движения газа и ионов в полной воздухопроницаемой ячейке. Черные прямоугольники на Фигуре 1b и Фигуре 1с указывают на положение электрода Micro-Oxygen;
Фигура 2 иллюстрирует измерение О2 за разными мембранами, покрытыми Pt (Au/Goretex® 21, Au/Mitex™ 10 мкм 22 и ГДЭ 23);
Фигура 3 иллюстрирует измерения О2 выше электролита (О2 передняя линия 30) и позади мембраны в соседней камере (О2 задняя линия 32) после начала применения 10 мА 34;
Фигура 4 представляет собой серию микрофотографий со сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) покрытых Pt Au/Goretex® (Фиг. 4 (с)), Au/Mitex™ 10 мкм (Фиг. 4 (b)) и ГДЭ (Фиг. 4 (а)). (Масштабные линейки: левый ряд - 100 мкм, средний ряд - 10 мкм и правый ряд - 10 нм);
Фигура 5 иллюстрирует измерение O2 за различными мембранами, покрытыми Pt: полиэтилен Celgard 880 (40), полипропиленовая сетка (41) и нетканый полипропилен (42). 10 мА применяют там, где указано (45);
Фигура 6 представляет собой график DO (растворенный кислород) (мВ) в зависимости от времени (мин), иллюстрирующий выделение O2 в задней камере во время свечения света и во время удаления с применением CdS/Ti/Au/Goretex. Пики, появляющиеся на графике, соответствуют 13 мин ΔDO 42 мВ (50), 13 мин ΔDO 40 мВ (51), 18 мин ΔDO 49 мВ (52), 12 мин ΔDO 47 мВ (53), 12 мин ΔDO 52 мВ (54) и 12 мин ΔDO 53 мВ (55). Измерения проводили с выключенным светом и N2 и O2, впущенными в камеру (56), с включенным светом и вне N2 (57), затем вне O2 (58);
Фигура 7 представляет собой график скорости выделения O2 от времени пребывания на свету (мин) для мембраны CdS/Ti/Au/Goretex (60) и мембраны Ti/Au/Gortex (61).
ПРИМЕРЫ
Далее изобретение будет описано со ссылкой на следующие неограничивающие примеры. Более конкретно, получали и изучали три мембранных электрода с разной морфологией и размерами и формами пор. В качестве вещества модельного катализатора использовали платину, наиболее хорошо изученный катализатор. Тем не менее, электроды по настоящему изобретению не ограничены указанным катализатором, и могут работать со многими другими катализаторами.
Обработка мембраны и покрытие Pt
Мембраны из ПТФЭ (Goretex®) получен от Gore Inc, и Mitex™ (10 мкм) получен от Millipore. Au майлар (2,5 Ом/квадрат) получен от CPFilms Inc. Малеиновый ангидрид получали от Sigma-Aldrich. Подготовка Goretex®, Mitex™, полиэтиленовой (ПЭ) и полипропиленовой (ПП) мембран перед покрытием Pt аналогична предыдущей работе, описанной Winther-Jensen et al под названием "High rates of oxygen reduction over a vapor phase-polymerized PEDOT electrode" in Science 2008; 321: 671-4. Малеиновый ангидрид прививали на гидрофобную поверхность мембран для обеспечения хорошего сцепления с проводящим слоем золота с использованием плазменной полимеризации, как ранее сообщалось в вышеупомянутой статье и Ademovic Z et al., в статье под названием «Surface modification of PET films using pulsed AC plasma polymerisation aimed at preventing protein adsorption» в Plasma Processes Polym 2005; 2: 53-63. Золото напыляли на обработанные плазмой мембраны, и его толщину оптимизировали для получения поверхностного сопротивления приблизительно 5 Ом/кв. Затем платину напыляли поверх слоя золота при 28-30 мА в течение 60 с. Для сравнения также изучали традиционный ГДЭ; он не содержал иономеров (LT - 140EW-30% Pt на Vulcan ХС-72, 0,5 мг см-2) от Е-ТЕК, и его использовали в том виде, в котором поставляется. Изображения СЭМ получали с использованием сканирующего электронного микроскопа с эмиссионной электронной пушкой JEOL 7100F при 5 кВ.
Сборка электрода
Мембрану прокладывали золотой полоской с использованием обычного ламинатора. Окно 0,7 см2 в ламинате давало доступ электролиту к покрытой платиной стороне мембраны и газу для выхода в соседнюю камеру при установке на тестируемую ячейку с помощью двухсторонней клейкой ленты (Фигура 1).
Экспериментальная установка и измерение газа
В качестве электролита использовали n-толуолсульфонат натрия (от Sigma Aldrich) 0,05 М pH 4. 30 мл электролита использовали в тестируемой ячейке, оставляя 30 мл газового пространства над электролитом. Устанавливали трехэлектродную ячейку с использованием насыщенного каломельного электрода сравнения (SCE) и угольного стержня или Pt противоэлектрода. Многоканальный потенциостат (VMP2 от Princeton Applied Research) использовали для электролиза при постоянном токе. Расстояние между электродами составляло 1,5 см, и потенциал во время работы всех рабочих электродов как правило составлял ~2-2,4 В относительно SCE.
Электрод Micro-Oxygen приобретали у eDAQ и использовали для контроля выделения O2 из реакций электролиза. Его калибровали при 21% O2 в воздухе и 0% O2 в чистом газообразном азоте. Наклон калибровки составлял 10,3 мВ, что равно 1% O2. Количество H2 измеряли с помощью газовой хроматографии (SRI 310С, колонка MS-5A, TCD (детектор по теплопроводности), носитель Ar).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Испытательную ячейку устанавливали, как показано на Схеме 1. Во-первых, эксперименты были направлены на ОВ. Мембрану, покрытую Pt, использовали в качестве анода, и высвобожденный O2 контролировали с использованием электрода Micro-Oxygen, помещенного в камеру (60 мл) на задней стороне мембраны (Схема 1). Через несколько секунд после приложения к ячейке тока 10 мА на противоэлектроде (угольный стержень) начинали образовываться пузырьки. На анодной стороне пузырьков не наблюдали в рабочей зоне при использовании мембраны Goretex®. Это позволило предположить, что основная часть O2 могла выходить к задней стороне мембраны. Некоторое образование пузырьков наблюдали в рабочей области при использовании других мембран. Содержание O2 задней стороны камеры постоянно увеличивалось во время электролиза в случае обоих покрытых Pt электродов Au/Goretex® и Au/Mitex™, но оставалось неизменным для ГДЭ (Фигура 2), свидетельствуя об отсутствии получения O2 в последнем случае. Исследования Chaparro et al (Chaparro AM, Mueller N, Atienza C, Daza L. Study of electrochemical instabilities of PEMFC electrodes in aqueous solution by means of membrane inlet mass spectrometry. J Electroanal Chem 2006; 591: 69-73) и Jang и Kim (Jang SE, Kim H. Effect of water electrolysis catalysts on carbon corrosion in polymer electrolyte membrane fuel cells. J Am Chem Soc 2010; 132: 14700-1) подтверждают данное наблюдение с ГДЭ, так как они показывали электрохимическое окисление углерода на ГДЭ в присутствии воды при окислительных потенциалах (Chaparro AM, Mueller N, Atienza С, Daza L. Study of electrochemical instabilities of PEMFC electrodes in aqueous solution by means of membrane inlet mass spectrometry. J Electroanal Chem 2006; 591: 69-73; и Jang SE, Kim H. Effect of water electrolysis catalysts on carbon corrosion in polymer electrolyte membrane fuel cells. J Am Chem Soc 2010; 132: 14700-1).
Скорость выделения O2 из электрода Au/Goretex® с Pt покрытием была самой высокой, указывая на то, что покрытый электрод Goretex® является наиболее эффективным в испускании газообразного O2 из ОВ реакции.
Дальнейшее исследование проводили путем мониторинга выделения O2 в свободное пространство над электролитом, в передней камере, во время расщепления воды с помощью электрода Au/Goretex® с Pt покрытием. Результат (Фигура 3) не показал заметного увеличения 02 выше электролита, указывая на очень высокую эффективность в его удалении в заднюю камеру. Фарадеевская эффективность в данных экспериментах составляла 90±3%.
Для того чтобы понять "воздухопропускающую" способность каждой мембраны, осуществляли сканирующую электронную микроскопию, как показано на Фигуре 4.
Как ожидалось, наночастицы Pt были хорошо распределены по поверхностям мембраны. Изображения ГДЭ показали плотную, упакованную структуру с наночастицами Pt, находящимися в интервале от 65 до 100 нм. Размер напыленных наночастиц Pt находился в интервале 30-40 нм на мембранах Mitex™ и Goretex®. 10 мкм изображения Mitex™ показали противоречивые размер и распределение пор, в то время как Goretex® имеет малый размер пор (приблизительно 1×10 мкм) с согласованным распределением. Считают, что структура Goretex® вносит вклад в ее более высокую производительность, наблюдаемую в экспериментах по расщеплению воды.
В качестве контрольного эксперимента, непористый субстрат, состоящий из Au майлара с Pt покрытием, использовали в качестве анода в однокамерной установке с датчиком кислорода, расположенным над электролитом. O2, полученного в данном эксперименте, было значительно меньше (0,48 мкмоль/мин), чем при использовании Au/Goretex® с Pt покрытием (1,35 мкмоль/мин) в двухкамерной установке. Фарадеевская эффективность в данном контрольном эксперименте составляла только 31%. Это указывает на степень кислорода, курсирующего между электродами, которые находятся в данной конфигурации ячейки, не имеющей сепаратора, при использовании непористого электрода.
В другом эксперименте Au майлар с Pt покрытием использовали в качестве анода и Au/Goretex® с Pt покрытием в качестве катода, то есть в качестве H2-образующего электрода. На катоде не наблюдали образования пузырьков Н2. Фарадеевская эффективность выделения O2 в данном эксперименте составляла 61%. Когда электроды Au/Goretex® с Pt покрытием использовали как для анода, так и катода, так чтобы оба газа удалялись из ячейки, Фарадеевская эффективность повышалась до 92%. Было обнаружено, что Н2, детектированный в данном эксперименте, близок к стехиометрическому соотношению 2:1 в пределах погрешности измерений (±7%). Это говорит о том, что оптимизированная конфигурация ячейки и потока газа может быть практичной для избежания использования сепаратора в указанных ячейках.
Хотя изначально было обнаружено, что Goretex® является лучшим среди трех тестированных мембран, безусловно, существуют мембраны с разной гидрофобностью и разными размерами и формами пор, которые могут быть использованы. Многие из данных возможностей тестировали в дополнительном эксперименте. Здесь полиэтиленовую (ПЭ, Celgard 880 (размер пор 0,1×1 мкм)) и полипропиленовую (ПП) сетку (размер пор 5 мкм), и ПП нетканую (размер пор 5 мкм) мембраны тестировали аналогично тому, как описано выше (см. Фигура 5). Celgard 880 работала почти так же хорошо, как Goretex®, как видно из увеличения уровня кислорода, измеренного на задней камере установки, что соответствует фарадеевской эффективности 82%. Две ПП мембраны были менее эффективны (51% и 41% соответственно), однако ясно показано, что указанный материал может быть использован для получения мембраны.
Испытание на устойчивость CdS на Ti/Au/Goretex и контрольное испытание с использованием Ti/Au/Goretex
CdS/Ti/Au/Goretex или Ti/Au/Goretex (0,5 см2) ламинировали и помещали между двумя пластиковыми бутылками. Переднюю камеру заполняли 30 мл 0,05 М NaPTS (п-толуолсульфонат натрия) pH 6,75. Датчик кислорода помещали в газовую камеру. Черную ткань использовали для покрытия пластиковой камеры для защиты от света, непосредственно светящего на датчик DO. Для освещения светом образца использовали лампу Asahi. Каждую точку измерений снимали после следующей процедуры: газ N2 использовали для продувания электролита в течение 15 мин или до достижения стабильного базового уровня, и в то же время О2 выпускали в заднюю камеру, сразу после удаления N2 (и отверстие герметизировали), светили светом на образец в течение 7 мин, затем О2 удаляли (и отверстие герметизировали), причем свет продолжал светить еще в течение 5 мин. Данный процесс повторяли в течение 39 циклов. Контролировали увеличение O2, и типичный график показан на Фигуре 6.
Затем данные наносили на график как скорость увеличения O2 (увеличение значения уровня О2 на протяжении обычно 12 мин экспозиции на свету) в зависимости от времени экспозиции на свету (Фигура 7). Из Фигуры 7 можно видеть, что скорость выделения О2 с электрода CdS/Ti/Au/Goretex была выше, чем с контроля Ti/Au/Goretex и стабильна в течение более чем 8 часов. Данный результат следует сравнивать с обычной деградацией CdS в течение нескольких минут в условиях света/выделения кислорода.
Обработка поверхности с использованием поликислоты и плазменной полимеризации также является очень важным этапом для обеспечения хорошего сцепления между катализатором и мембраной. Это также открывает путь для нанесения катализатора на гидрофобные мембраны. Возможность объединения указанной технологии с некоторыми из катализаторов на основе недрагоценных металлов и оксидов металлов (Pletcher D, Li X. Prospects for alkaline zero gap water electrolysers for hydrogen production. Int J Hydrogen Energy 2011; 36: 15089-104), которые имеют ограниченную возможность использования в электролизерах РЕМ, приведет к легкому и экономически выгодному устройству для расщепления воды. Также возможно использовать данный подход для увеличения срока службы фотоактивных электрокатализаторов, многие из которых являются чувствительными к присутствию пузырьков кислорода.
Несмотря на то что настоящее изобретение было описано в связи с конкретными его воплощениями, следует понимать, что возможны дополнительные модификации. Данная заявка предназначена для того, чтобы охватывать любые варианты применений или адаптаций изобретения, следуя в целом принципам изобретения и включая такие отклонения от настоящего изобретения, которые входят в известную или обычную практику в данной области техники, к которой относится изобретение, и которые можно применять к существенным признакам, изложенным выше.
Поскольку настоящее изобретение может быть воплощено в нескольких формах без отступления от сущности существенных признаков изобретения, следует понимать, что описанные выше воплощения не должны ограничивать настоящее изобретение, если не указано иное, а скорее должны интерпретироваться широко в пределах сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Описанные воплощения должны рассматриваться во всех отношениях только в качестве иллюстративных, а не ограничивающих.
Различные модификации и эквивалентные конфигурации включены в пределы сущности и объем настоящего изобретения и прилагаемой формулы изобретения. Вследствие этого, конкретные воплощения следует понимать как иллюстративные многих способов, которыми могут быть осуществлены на практике принципы настоящего изобретения. В нижеследующей формуле изобретения пункты "средство плюс функция" предназначены для охвата структур, осуществляющих определенную функцию, и не только структурные эквиваленты, но также и эквивалентных структур.
Термин "содержит/содержащий" и "включает/включающий" при использовании в данном описании используется, чтобы указать на наличие изложенных признаков, целых чисел, стадий или компонентов, но не исключает наличия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, стадий, компонентов или их групп. Таким образом, если из контекста явно не следует иное, во всем описании и формуле изобретения слова "содержат", "содержащий", "включает", "включающий" и тому подобное должны интерпретироваться во включающем смысле, в отличие от исключающего или исчерпывающего смысла, иными словами, "включая, но не ограничиваясь".

Claims (25)

1. Ячейка для расщепления воды, имеющая по меньшей мере один электрод, содержащий пористую мембрану, причем пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной, и газ, получаемый по меньшей мере на одном электроде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану.
2. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где более 90% газа, получаемого по меньшей мере на одном электроде, удаляется из ячейки через пористую мембрану.
3. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где более 95% газа, получаемого по меньшей мере на одном электроде, удаляется из ячейки через пористую мембрану.
4. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где более 99% газа, получаемого по меньшей мере на одном электроде, удаляется из ячейки через пористую мембрану.
5. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где получаемый газ отделяется от по меньшей мере одного электрода без существенного образования пузырьков.
6. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где получаемый газ образует пузырьки не более 125 мкм.
7. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где получаемый газ образует пузырьки не более 100 мкм.
8. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где получаемый газ образует пузырьки не более 50 мкм.
9. Ячейка для расщепления воды по п. 1, имеющая катод, содержащий пористую мембрану, где газ Н2, получаемый на катоде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану с выделением газа Н2 из катодной реакции без образования пузырьков.
10. Ячейка для расщепления воды по п. 1, имеющая анод, содержащий пористую мембрану, где газ О2, получаемый на аноде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану с выделением газа О2 из анодной реакции без образования пузырьков.
11. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где пористая мембрана имеет тонкопленочное покрытие.
12. Ячейка для расщепления воды по п. 11, где тонкопленочное покрытие является гидрофобным.
13. Ячейка для расщепления воды по п. 11, где тонкопленочное покрытие выбирают из группы, содержащей силикон-фторполимер, полидиметилсилоксан (ПДМС) или его сополимеры с фтормономерами, ПДД-ТФЭ (перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксол с тетрафторэтиленом), поливинилфторид, поливинилхлорид, нейлон 8,8, нейлон 9,9, полистирол, поливинилиденфторид, поли-н-бутилметакрилаты, политрифторэтилен, нейлон 10,10, полибутадиен, полиэтилен полихлортрифторэтилен, полипропилен, полидиметилсилоксан, поли-трет-бутилметакрилаты, фторированный этилен-пропилен, гексатриаконтан, парафин, политетрафторэтилен, поли(гексафторпропилен), полиизобутилен или их комбинации.
14. Ячейка для расщепления воды по п. 1, где пористая мембрана содержит проводящее углеродное вещество.
15. Ячейка для расщепления воды по любому из пп. 1-13, где пористая мембрана имеет размер пор менее 0,5 мкм.
16. Ячейка для расщепления воды по любому из пп. 1-13, где пористая мембрана имеет размер пор менее 0,1 мкм.
17. Ячейка для расщепления воды по любому из пп. 1-13, где пористая мембрана имеет размер пор менее 0,05 мкм.
18. Ячейка для расщепления воды по любому из пп. 1-14, которая дополнительно включает катализатор, связанный с пористой мембраной.
19. Ячейка для расщепления воды по п. 18, где катализатор выбирают из группы, содержащей Pt, Au, Pd, Ru, Ir, Mn, Fe, Ni, Co, NiOX, комплексы Mn, комплексы Fe, MoSx, CdS, CdSe и GaAs.
20. Ячейка для расщепления воды по п. 1, имеющая:
катод, содержащий первую пористую мембрану, причем первая пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной,
анод, содержащий вторую пористую мембрану, причем вторая пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной,
по меньшей мере один электролит для погружения катода и анода,
при этом газ образуется на катоде и аноде без существенного образования пузырьков и диффундирует из ячейки через пористые мембраны.
21. Способ расщепления воды с помощью ячейки для расщепления воды, включающий стадии:
обеспечения катода, содержащего первую пористую мембрану, причем первая пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной,
обеспечения анода, содержащего вторую пористую мембрану, причем вторая пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной,
погружения катода и анода в по меньшей мере один электролит, и
пропускания тока через анод и катод,
при этом газ О2, получаемый на аноде, диффундирует из ячейки через вторую пористую мембрану,
и газ Н2, получаемый на катоде, диффундирует из ячейки через первую пористую мембрану.
22. Способ получения водорода в ячейке для расщепления воды, включающий:
получение газообразного водорода на первом электроде, включающем первую пористую мембрану,
диффузию газообразного водорода из ячейки через первую пористую мембрану, причем первая пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной, и
отделение газообразного водорода, получаемого без существенного образования пузырьков.
23. Способ получения кислорода в ячейке для расщепления воды, включающий:
получение газообразного кислорода на втором электроде, включающем вторую пористую мембрану,
диффузию газообразного кислорода из ячейки через вторую пористую мембрану, причем вторая пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной, и
отделение газообразного кислорода, получаемого без существенного образования пузырьков.
24. Способ по п. 22 или 23, где более 90% газа отделяется на электроде путем переноса газа через пористую мембрану, прилегающую к каталитической поверхности.
25. Способ по п. 22 или 23, где газ отделяется без образования пузырьков более 125 мкм.
RU2014152642/04A 2012-06-12 2012-06-12 Воздухопроницаемый электрод и способ применения в расщеплении воды RU2603772C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/AU2012/000668 WO2013185163A1 (en) 2012-06-12 2012-06-12 Breathable electrode and method for use iν water splitting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014152642A RU2014152642A (ru) 2016-08-10
RU2603772C2 true RU2603772C2 (ru) 2016-11-27

Family

ID=49757317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014152642/04A RU2603772C2 (ru) 2012-06-12 2012-06-12 Воздухопроницаемый электрод и способ применения в расщеплении воды

Country Status (9)

Country Link
US (2) US10087536B2 (ru)
JP (1) JP6088048B2 (ru)
KR (1) KR20150023666A (ru)
AU (2) AU2012382382A1 (ru)
BR (1) BR112014031220A2 (ru)
CA (1) CA2876236A1 (ru)
MX (1) MX2014015168A (ru)
RU (1) RU2603772C2 (ru)
WO (1) WO2013185163A1 (ru)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2014015168A (es) 2012-06-12 2015-08-14 Univ Monash Estructura de electrodo respirable y metodo y sistema para su uso en division de agua.
EP3118350A1 (en) 2012-06-12 2017-01-18 Monash University Gas permeable electrode and method of manufacture
EP2765224B1 (de) * 2013-02-12 2018-04-11 Airbus Defence and Space GmbH Verfahren zum Betrieb einer Elektrolysezelle
CN105659412A (zh) 2013-07-31 2016-06-08 奥克海德莱克斯控股有限公司 用于管理电化学反应的方法和电化学电池
KR102304978B1 (ko) * 2013-09-06 2021-09-24 엠 히카리 앤 에너지 레보레토리 컴퍼니 리미티드 발수성 다공질막을 구비한 전기화학반응 장치
CA2955205A1 (en) 2014-07-17 2016-01-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Heterostructures for ultra-active hydrogen evolution electrocatalysis
CN109072460A (zh) * 2016-04-13 2018-12-21 株式会社M光能源开发研究所 使用接通/断开离子的表面开关的电化学反应装置
JP2019090087A (ja) 2017-11-15 2019-06-13 株式会社東芝 電解槽及び水素製造装置
EP3918112A4 (en) 2019-02-01 2022-10-26 Aquahydrex, Inc. CONTAINED ELECTROLYTE ELECTROCHEMICAL SYSTEM
US11339480B2 (en) 2019-03-06 2022-05-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrolytic cell and hydrogen production apparatus
US11629417B2 (en) 2020-03-12 2023-04-18 Honda Motor Co., Ltd. Noble metal free catalyst for hydrogen generation
US11850566B2 (en) 2020-11-24 2023-12-26 Aircela Inc. Synthetic fuel production system and related techniques
US20220349069A1 (en) * 2021-04-28 2022-11-03 Messer Industries Usa, Inc. Argon stripping from water for high purity hydrogen and oxygen production

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3410770A (en) * 1966-02-18 1968-11-12 Allis Chalmers Mfg Co Electrolytic method for producing oxygen and hydrogen
US4042481A (en) * 1974-12-24 1977-08-16 Kelly Donald A Pressure-electrolysis cell-unit
RU47893U1 (ru) * 2005-05-31 2005-09-10 Адамов Григорий Евгеньевич Установка для получения молекулярного водорода

Family Cites Families (254)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1721407A (en) 1924-08-02 1929-07-16 Pechkranz Rodolphe Filter-press electrolyzer
NL75263C (ru) 1949-11-30
GB957168A (en) 1959-10-02 1964-05-06 Ici Ltd Improvements in or relating to a process for the electrolytic production of fluorineand apparatus therefor
CH394326A (de) 1961-12-14 1965-06-30 Siemens Ag Gasdiffusionselektrode mit gerichteter Porosität und Verfahren zu ihrer Herstellung
FR1378059A (fr) 1963-07-08 1964-11-13 Accumulateurs Fixes Accumulateur au cadmium-nickel fonctionnant sans dégagement gazeux
DE1596270A1 (de) 1965-05-14 1972-03-23 Varta Ag Elektrode
BE759282A (fr) 1969-11-24 1971-05-24 American Cyanamid Co Procede perfectionne pour assembler des surfaces d'articles contenant des fibres ou des particules de polytetrafluorethylene
US3697410A (en) 1971-02-08 1972-10-10 Cci Aerospace Corp Electrodialysis demineralization apparatus
DE2255741C3 (de) 1971-12-23 1982-03-25 Solvay & Cie., 1050 Bruxelles Diaphragmenserienelektrolysevorrichtung
DE2208632C3 (de) 1972-02-24 1981-07-30 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt Verfahren zur Herstellung von kohlehaltigen Gaselektroden mit hydrophober Rückschicht
BE781959A (fr) 1972-04-12 1972-07-31 Solvay Cellule bipolaire,
FR2237984B1 (ru) 1973-07-06 1978-09-29 Rhone Progil
US3847567A (en) 1973-08-27 1974-11-12 Exxon Research Engineering Co Catalytic coal hydrogasification process
US3923629A (en) 1974-03-25 1975-12-02 Carborundum Co Electrolytic cell for inactivation and destruction of pathogenic material
US3905884A (en) 1974-11-20 1975-09-16 United Technologies Corp Electrolysis cell system including recirculating product gas stream for cooling the cell
NL7502842A (nl) 1975-03-11 1976-09-14 Stamicarbon Poreuze elektrode.
DE2611901C3 (de) 1975-03-31 1980-05-22 Union Carbide Corp., New York, N.Y. (V.St.A.) Wasserfreie galvanische Zelle
JPS58516B2 (ja) 1975-04-04 1983-01-06 三洋電機株式会社 コウデンヘンカンスイソハツセイソウチ
CH597371A5 (ru) 1975-04-25 1978-03-31 Battelle Memorial Institute
DE2548699C3 (de) 1975-10-30 1980-06-26 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Vorrichtung zur Elektrolyse einer Flüssigkeit unter Druck
DE2556731C3 (de) 1975-12-17 1979-11-22 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen mit saurem Elektrolyten und Verfahren zu ihrer Herstellung
US4048383A (en) 1976-02-09 1977-09-13 Battelle Memorial Institute Combination cell
US4020389A (en) 1976-04-05 1977-04-26 Minnesota Mining And Manufacturing Company Electrode construction for flexible electroluminescent lamp
JPS5927391B2 (ja) 1976-12-15 1984-07-05 三洋電機株式会社 光エネルギ−利用の水分解装置
CA1134903A (en) 1979-02-12 1982-11-02 Mary R. Suchanski Electrode having mixed metal oxide catalysts
EP0014896B1 (en) 1979-02-27 1984-07-25 Asahi Glass Company Ltd. Gas diffusion electrode
JPS6322022B2 (ru) 1979-06-25 1988-05-10 Sabu Naifu Ab
DE2927566C2 (de) 1979-07-07 1986-08-21 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Diaphragma für alkalische Elektrolyse, Verfahren zur Herstellung desselben und dessen Verwendung
JPS6046191B2 (ja) 1979-12-19 1985-10-15 東ソー株式会社 縦型電解槽
EP0047792B1 (en) 1980-09-12 1988-12-14 Dst Sa Battery, gas depolarized electrochemical cell and bipolar element for the battery
JPS57105970A (en) 1980-12-23 1982-07-01 Toshiba Corp Air electrode
DE3101120A1 (de) 1981-01-15 1982-09-02 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Wasserelektrolyseur der filterpressenbauart
NO148267C (no) 1981-06-16 1983-09-07 Norsk Hydro As Diafragma for vannelektrolyse
US4431494A (en) 1982-08-03 1984-02-14 The Dow Chemical Company Method for electrolytic production of alkaline peroxide solutions
US4526818A (en) 1982-12-23 1985-07-02 Epson Corporation Liquid crystal display panel and process for the production thereof
US4656103A (en) 1983-02-18 1987-04-07 Energy Conversion Devices, Inc. Liquid junction photoelectrodes using amorphous silicon-based thin film semiconductor
DE3342969A1 (de) 1983-11-28 1985-06-05 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Poroese gaselektrode
DE3401636A1 (de) 1984-01-19 1985-07-25 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Elektrochemisches verfahren zur behandlung von fluessigen elektrolyten
US4722773A (en) 1984-10-17 1988-02-02 The Dow Chemical Company Electrochemical cell having gas pressurized contact between laminar, gas diffusion electrode and current collector
US4586999A (en) 1984-10-29 1986-05-06 The Dow Chemical Company Three layer carbon based electrode
US4581116A (en) 1984-12-04 1986-04-08 The Dow Chemical Company Gas diffusion composite electrode having novel hydrophilic layer
US4564427A (en) 1984-12-24 1986-01-14 United Technologies Corporation Circulating electrolyte electrochemical cell having gas depolarized cathode with hydrophobic barrier layer
US4568442A (en) 1985-02-01 1986-02-04 The Dow Chemical Company Gas diffusion composite electrode having polymeric binder coated carbon layer
US4585532A (en) 1985-04-26 1986-04-29 International Fuel Cells Corporation Method for using anodes having NiCo2 O4 catalyst for the electrolysis of potassium hydroxide solutions and method of making an anode containing NiCo2 O4 catalyst
US4684353A (en) 1985-08-19 1987-08-04 Dunmore Corporation Flexible electroluminescent film laminate
US4650554A (en) 1985-10-24 1987-03-17 Gordon Roy Gerald Photoelectrolysis method and means
DE3600759A1 (de) 1986-01-14 1987-07-16 Hoechst Ag Verfahren zur elektrolyse von alkalichlorid-loesungen
US4720331A (en) * 1986-03-27 1988-01-19 Billings Roger E Method and apparatus for electrolyzing water
DE3643352A1 (de) 1986-12-18 1988-06-23 Satzinger Gebhard Gmbh Co Einrichtung zur elektrochemischen erzeugung von gasen zum transport von fluiden medien
IT1205166B (it) 1987-06-22 1989-03-15 Testori Spa Flli Elemento separatore poroso completamente costituito da polifenilensolfuro,per l'elettrolisi dell'acqua
US4865925A (en) 1987-12-14 1989-09-12 Hughes Aircraft Company Gas permeable electrode for electrochemical system
DE3808495A1 (de) 1988-03-15 1989-09-28 Metallgesellschaft Ag Membranelektrolysevorrichtung
US4846952A (en) 1988-07-15 1989-07-11 The Dow Chemical Company Flat plate electrolysis cell frame separator and method
DK165969C (da) 1989-05-29 1993-11-08 Haldor Topsoe As Fremgangsmaade til fjernelse af sulfider fra gasstroemme
ES2079476T3 (es) 1989-06-23 1996-01-16 Hanno Wenske Celula de electrolisis para procesos electroliticos que producen gas.
GB9016341D0 (en) 1990-07-25 1990-09-12 British Telecomm Speed estimation
DE4120679C2 (de) 1991-06-22 1995-11-09 Grimma Masch Anlagen Gmbh Elektrolyseverfahren und Elektrolysezelle für gasentwickelnde oder gasverbrauchende elektrolytische Prozesse
JP2998765B2 (ja) 1992-01-21 2000-01-11 日本電信電話株式会社 光空気２次電池
JP3194448B2 (ja) 1992-01-21 2001-07-30 日本電信電話株式会社 光空気２次電池
CA2095969C (en) 1992-05-15 2002-03-12 Philippe Rychen Apparatus for the continuous electrochemical desalination of aqueous solutions
US5242765A (en) 1992-06-23 1993-09-07 Luz Electric Fuel Israel Limited Gas diffusion electrodes
JPH06212469A (ja) 1992-07-16 1994-08-02 Imura Japan Kk ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた電気化学反応装置
US5300206A (en) 1992-08-03 1994-04-05 Metallgesellschaft Ag Antipercolation gas-diffusion electrode and method of making same
US5336570A (en) 1992-08-21 1994-08-09 Dodge Jr Cleveland E Hydrogen powered electricity generating planar member
GB9302838D0 (en) 1993-02-12 1993-03-31 City Tech Gas generating apparatus
JPH0737559A (ja) 1993-07-21 1995-02-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 偏平形電池の製造法
JP3338138B2 (ja) 1993-08-06 2002-10-28 田中貴金属工業株式会社 ガス拡散電極
US5538608A (en) 1993-09-25 1996-07-23 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Bubble collection type gas electrode
JPH07211323A (ja) 1994-01-25 1995-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気電極及びその製造方法並びにその電極を有する空気電池
JPH07258877A (ja) 1994-03-23 1995-10-09 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk ガスの電解還元方法
JP3456015B2 (ja) 1994-06-22 2003-10-14 松下電器産業株式会社 電解槽
DE4444114C2 (de) 1994-12-12 1997-01-23 Bayer Ag Elektrochemische Halbzelle mit Druckkompensation
JP3122734B2 (ja) 1995-03-23 2001-01-09 工業技術院長 固体高分子電解質膜を用いる水の電気分解槽
JP3051893B2 (ja) 1995-03-23 2000-06-12 財団法人地球環境産業技術研究機構 水電解槽または燃料電池における多孔質スペーサー
JP3072333B2 (ja) 1995-03-23 2000-07-31 財団法人地球環境産業技術研究機構 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽
JPH08264186A (ja) 1995-03-28 1996-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 円筒形空気亜鉛電池
JP2971780B2 (ja) 1995-06-01 1999-11-08 神鋼パンテツク株式会社 スパイラル型電気分解用セル
DE19535212C2 (de) 1995-09-22 1997-08-14 Dornier Gmbh Vorrichtung zur Elektrolyse sowie deren Verwendung
DE19544323A1 (de) 1995-11-28 1997-06-05 Magnet Motor Gmbh Gasdiffusionselektrode für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen
DE19545332A1 (de) 1995-12-05 1997-06-12 Karl Lohrberg Elektrolytzelle
US5650243A (en) 1996-01-16 1997-07-22 Ferment; George R. Battery packaging construction using flexible plastic barrier structures
DE19622744C1 (de) 1996-06-07 1997-07-31 Bayer Ag Elektrochemische Halbzelle mit Druckkompensation
JP3324943B2 (ja) 1996-08-06 2002-09-17 株式会社タキオテック ガラス基板乃至シリコン基板洗浄用水の製造装置
DE19645693C1 (de) 1996-11-06 1998-05-14 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Elektrolyseverfahren
US6008449A (en) 1997-08-19 1999-12-28 Cole; Eric D. Reflective concentrating solar cell assembly
US6045942A (en) 1997-12-15 2000-04-04 Avery Dennison Corporation Low profile battery and method of making same
DE29823321U1 (de) 1998-04-07 1999-08-26 Novars Gesellschaft für neue Technologien mbH, 82343 Pöcking Kombination aus Elektrolyse- und Brennstoffzelle
GB9808133D0 (en) 1998-04-18 1998-06-17 Normalair Garrett Ltd Ionic conduction device
US6583935B1 (en) 1998-05-28 2003-06-24 Cpfilms Inc. Low reflection, high transmission, touch-panel membrane
US6317248B1 (en) 1998-07-02 2001-11-13 Donnelly Corporation Busbars for electrically powered cells
WO2000011242A1 (fr) 1998-08-25 2000-03-02 Toagosei Co., Ltd. Cellule d'electrolyse a la soude, dotee d'une electrode de diffusion de gaz
ID30239A (id) 1998-12-07 2001-11-15 Zappi Water Purification Syste Aparatus elektrolitik, metode untuk pemurnian larutan berair dan sistesis kimia
FR2788168A1 (fr) 1998-12-30 2000-07-07 Messier Bugatti Electrode a diffusion gazeuse supportant un catalyseur de reaction electrochimique
US6127061A (en) 1999-01-26 2000-10-03 High-Density Energy, Inc. Catalytic air cathode for air-metal batteries
JP3460805B2 (ja) 1999-06-24 2003-10-27 日本電気株式会社 電池の製造方法
JP3536765B2 (ja) 2000-02-16 2004-06-14 日立電線株式会社 燃料電池及びその製造方法
WO2001066362A1 (en) 2000-03-08 2001-09-13 Nicol, Julien Flexible laminations
WO2001071842A2 (en) 2000-03-17 2001-09-27 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell stack assembly
JP2001322833A (ja) 2000-05-09 2001-11-20 Central Glass Co Ltd 車両用低反射ガラス
WO2001085635A1 (en) 2000-05-10 2001-11-15 Nkt Research A/S A method of coating the surface of an inorganic substrate with an organic material and the product obtained
AU2001283313A1 (en) 2000-08-11 2002-02-25 Ionics Incorporated Device and method for electrodialysis
MXPA02004950A (es) 2000-09-18 2003-10-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Celda de combustible de electrolito de polimero.
AU2001296347A1 (en) 2000-09-27 2002-04-08 Proton Energy Systems, Inc. Method and apparatus for improved fluid flow within an electrochemical cell
WO2002038833A1 (en) 2000-11-13 2002-05-16 Akzo Nobel N.V. Gas diffusion electrode
US6733639B2 (en) 2000-11-13 2004-05-11 Akzo Nobel N.V. Electrode
JP3954793B2 (ja) 2000-12-04 2007-08-08 三洋電機株式会社 燃料電池用ガス拡散層およびその製法
DE10101770A1 (de) 2001-01-17 2002-07-18 Bayer Ag Solarmodule mit Polyurethaneinbettung und ein Verfahren zu deren Herstellung
DE10112232A1 (de) 2001-03-07 2002-09-19 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Elektrode oder Elektrodenverbundeinheit und Gasdiffusionselektrode
JP2002317287A (ja) 2001-04-18 2002-10-31 Permelec Electrode Ltd 過酸化水素製造用電解槽及び過酸化水素製造方法
US6890409B2 (en) 2001-08-24 2005-05-10 Applera Corporation Bubble-free and pressure-generating electrodes for electrophoretic and electroosmotic devices
DE10150557C2 (de) 2001-10-15 2003-12-18 Mtu Friedrichshafen Gmbh Druckelektrolyseur und Verfahren zum Betrieb eines solchen
DE10152791A1 (de) 2001-10-25 2003-05-08 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Chlor und Natronlauge durch Elektrolyse mittels Gasdiffusionselektroden-Demister
ITMI20012379A1 (it) 2001-11-12 2003-05-12 Uhdenora Technologies Srl Cella di elettrolisi con elettrodi a diffusione di gas
NL1019397C2 (nl) 2001-11-19 2003-06-13 Willem Jan Oosterkamp Brandstofcelstapel in een drukvat.
AU2002349016A1 (en) 2001-11-26 2003-06-10 Merck Patent Gmbh Field generating membrane electrode
US6655788B1 (en) 2002-05-17 2003-12-02 Viztec Inc. Composite structure for enhanced flexibility of electro-optic displays with sliding layers
CA2400775C (en) 2002-08-28 2010-12-07 Fatpower Inc. Electrolyzer
TWI300157B (en) 2002-09-10 2008-08-21 Sipix Imaging Inc Electrochromic or electrodeposition display and process for their preparation
JP3885027B2 (ja) 2003-01-27 2007-02-21 株式会社荒井製作所 電解槽
JP2004250736A (ja) 2003-02-19 2004-09-09 Fuji Electric Advanced Technology Co Ltd 水電解装置
JP4611281B2 (ja) 2003-02-21 2011-01-12 アバレンス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 電解槽装置及び水素を製造する方法
JP3789438B2 (ja) 2003-03-03 2006-06-21 Ｎｅｃラミリオンエナジー株式会社 フィルム外装電池
US20050087484A1 (en) 2003-05-23 2005-04-28 Lambie John M. Method for electrolytic disinfection of water
JP2004292284A (ja) 2003-03-28 2004-10-21 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 水素発生装置
US7878280B2 (en) 2003-04-09 2011-02-01 Bloom Energy Corporation Low pressure hydrogen fueled vehicle and method of operating same
JP2004335244A (ja) 2003-05-07 2004-11-25 Nec Tokin Corp 電解質膜電極接合体とその製造方法ならびに固体高分子型燃料電池
US20050130023A1 (en) 2003-05-09 2005-06-16 Lebowitz Jeffrey I. Gas diffusion layer having carbon particle mixture
US20040229107A1 (en) 2003-05-14 2004-11-18 Smedley Stuart I. Combined fuel cell and battery
ITPV20030006A1 (it) 2003-06-24 2004-12-25 Mario Melosi Movimentazione e temporizzazione degli afflussi e riflussi dell'elettrolita all'interno di elettrodi porosi a gas.
US7344571B2 (en) 2003-08-14 2008-03-18 The Gillette Company Hydrogen generator
KR101122473B1 (ko) 2003-08-29 2012-02-29 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 단위화된 막 전극 조립체 및 그의 제조 방법
DE10347567A1 (de) 2003-10-14 2005-05-12 Degussa Elektrischer Separator mit Abschaltmechanismus, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung in Lithium-Batterien
US7923172B2 (en) 2003-11-14 2011-04-12 Basf Fuel Cell Gmbh Structures for gas diffusion materials and methods for their fabrication
US7326329B2 (en) 2003-12-15 2008-02-05 Rodolfo Antonio M. Gomez Commercial production of hydrogen from water
EP1730326A4 (en) 2004-01-16 2008-05-28 Battelle Memorial Institute METHOD AND DEVICE FOR PREPARING FERRATE (VI)
US7459065B2 (en) 2004-02-18 2008-12-02 General Motors Corporation Hydrogen generator photovoltaic electrolysis reactor system
US20080223439A1 (en) 2004-02-19 2008-09-18 Xunming Deng Interconnected Photoelectrochemical Cell
US7220513B2 (en) 2004-03-18 2007-05-22 General Motors Corporation Balanced humidification in fuel cell proton exchange membranes
JP2006012476A (ja) 2004-06-23 2006-01-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用膜−電極接合体
CN1977415B (zh) 2004-07-01 2010-07-28 尤米科尔股份公司及两合公司 制造整体膜电极组件的层合方法
US7229944B2 (en) 2004-07-23 2007-06-12 Massachusetts Institute Of Technology Fiber structures including catalysts and methods associated with the same
US8241818B2 (en) 2004-08-06 2012-08-14 GM Global Technology Operations LLC Diffusion media with hydrophobic and hydrophilic properties
DE102004040217A1 (de) 2004-08-19 2006-03-02 Mtu Aero Engines Gmbh Elektrode zum elektrochemischen Senken
FR2877731B1 (fr) 2004-11-10 2007-01-12 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d'estimation de la puissance dissipee par une batterie, estimateur de charge utilisant ce dispositif, unite et procede adaptes pour ce dispositif
WO2006069031A2 (en) 2004-12-20 2006-06-29 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Fuel cell devices, systems, and methods
WO2006066345A1 (en) 2004-12-23 2006-06-29 The Australian National University Increased conductivity and enhanced electrolytic and electrochemical processes
GB0504445D0 (en) 2005-03-03 2005-04-06 Univ Cambridge Tech Oxygen generation apparatus and method
KR100877273B1 (ko) 2005-03-23 2009-01-07 가부시끼가이샤 도시바 연료 전지
US20060228606A1 (en) 2005-03-23 2006-10-12 Fiebig Brad N Water management in monopolar fuel cells
US8227135B2 (en) 2005-03-29 2012-07-24 Toyota Motor Corporation Electrolytes to enhance oxygen reduction reaction (ORR) in the cathode layer of PEM fuel cell
US8039731B2 (en) 2005-06-06 2011-10-18 General Electric Company Photovoltaic concentrator for solar energy system
JP2009507246A (ja) 2005-07-01 2009-02-19 シェフェネイカー・ヴィジョン・システムズ・オーストラリア・プロプライアタリー・リミテッド 電荷伝導媒体
JP2009505904A (ja) 2005-08-31 2009-02-12 バッテル メモリアル インスティテュート 電力デバイスおよび酸素生成装置
DE112006002871B8 (de) 2005-11-10 2014-04-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rohrförmiges Brennstoffzellenmodul und Verfahren zur Herstellung desselben
JP5040097B2 (ja) 2005-11-10 2012-10-03 トヨタ自動車株式会社 チューブ型燃料電池モジュール
WO2007070047A2 (en) 2005-12-14 2007-06-21 Utc Fuel Cells, Llc Oxygen-consuming zero-gap electrolysis cells with porous/solid plates
CA2644680A1 (en) 2006-03-07 2007-09-13 Afc Energy Plc Electrodes of a fuel cell
US20070231669A1 (en) 2006-03-27 2007-10-04 Ghosh Chuni L Design of fuel cell and electrolyzer for small volume, low cost and high efficiency
TW200810218A (en) 2006-03-27 2008-02-16 Basf Ag Process for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell
EP1843415A1 (en) 2006-04-06 2007-10-10 Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek (Vito) Bifunctional gas diffusion electrodes
US20070246351A1 (en) 2006-04-25 2007-10-25 Smola Matthew M Device for generating hydrogen for use in internal combustion engines
CA2659388A1 (en) 2006-08-01 2008-02-07 Micro-D Ltd. Method of making smart cards, smart cards made according to the method, and an lcd particularly for use in such smart cards
GB0617806D0 (en) 2006-09-11 2006-10-18 Johnson Matthey Plc Fuel cell assembly
JP5158403B2 (ja) 2006-09-19 2013-03-06 ソニー株式会社 燃料電池および燃料電池システム、並びに電子機器
EP2079545B1 (en) 2006-09-22 2013-11-06 Bar-Ilan University Porous clusters of silver powder promoted by zirconium oxide for use as a catalyst in gas diffusion electrodes, and method for the production thereof
WO2008085479A1 (en) 2006-12-27 2008-07-17 Eveready Battery Company, Inc. Process for making a catalytic electrode and electrochemical cell using the electrode
KR100790680B1 (ko) 2007-01-16 2008-01-02 삼성전기주식회사 수소발생장치
US20080206615A1 (en) 2007-02-22 2008-08-28 Paul Nicotera Gas diffusion layer with controlled diffusivity over active area
CN101981744A (zh) 2007-04-03 2011-02-23 新空能量公司 用于产生可再生氢并截留二氧化碳的电化学系统、装置和方法
WO2008132836A1 (ja) 2007-04-23 2008-11-06 Mitsui Chemicals, Inc. ガス生成装置およびガス生成用炭素電極
JP4323535B2 (ja) 2007-04-26 2009-09-02 クロリンエンジニアズ株式会社 水電解装置
KR20080109504A (ko) 2007-06-13 2008-12-17 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템용 다중층 캐소드 전극을 갖는 전극막조립체
JP2009007647A (ja) 2007-06-29 2009-01-15 Hitachi Ltd 有機ハイドライド製造装置、及び、それを用いた分散電源と自動車
WO2009015123A1 (en) 2007-07-24 2009-01-29 Rovcal, Inc. On-demand hydrogen gas generation device having gas management system
WO2009015127A1 (en) 2007-07-24 2009-01-29 Rovcal, Inc. On-demand high energy density hydrogen gas generation device
US20090081501A1 (en) 2007-07-24 2009-03-26 Rovcal, Inc. On-demand hydrogen gas generation device
TWI327104B (en) 2007-08-23 2010-07-11 Asustek Comp Inc A cover of a electronic device and a fabricating method thereof
EP2034429A1 (en) 2007-09-05 2009-03-11 Assa Abloy AB Manufacturing method for a card and card obtained by said method
US8182959B2 (en) 2007-11-06 2012-05-22 Cp Sofc Ip, Llc Tubular electrochemical cell
JP4857255B2 (ja) 2007-12-17 2012-01-18 株式会社日立製作所 電気分解用電極とその製造方法、ならびに水素製造装置
TWI356963B (en) 2007-12-18 2012-01-21 Prime View Int Co Ltd Electrophoretic display device
GB0801268D0 (en) 2008-01-24 2008-02-27 Itm Power Research Ltd Improvements to electrolysis
CN101946350A (zh) 2008-02-22 2011-01-12 旭硝子株式会社 固体高分子型燃料电池用膜电极接合体的制造方法
US8142625B2 (en) 2008-04-30 2012-03-27 Life Safety Distribution Ag Syperhydrophobic nanostructured materials as gas diffusion electrodes for gas detectors
US20090294283A1 (en) 2008-05-05 2009-12-03 Norman Timothy J Cell frame for high-pressure water electrolyzer and method for manufacturing the same
US8163158B2 (en) 2008-05-12 2012-04-24 Enrg, Inc. Operation of an electrolysis cell
US8012632B2 (en) 2008-06-04 2011-09-06 Crookes Sr Donald W Microbial fuel cell and method of use
CN102124146B (zh) 2008-06-16 2014-07-30 威廉·R.·理查兹 碱性电解槽
US20100032221A1 (en) 2008-08-07 2010-02-11 Charles Robert Storey Electrolysis system for hydrogen and oxygen production
US8349165B2 (en) 2008-11-25 2013-01-08 Tokuyama Corporation Process for producing an active cathode for electrolysis
EP2194036A1 (en) 2008-11-27 2010-06-09 Haldor Topsoe A/S Process and reactor for the thermoneutral conversion of ethanol to acetic acid
GB2467019B (en) 2008-12-23 2011-04-27 Calera Corp Low-energy electrochemical hydroxide system and method
US8349151B2 (en) 2008-12-23 2013-01-08 Giner Electrochemical Systems, Llc Universal cell frame for high-pressure water electrolyzer and electrolyzer including the same
US8163429B2 (en) 2009-02-05 2012-04-24 Ini Power Systems, Inc. High efficiency fuel cell system
JP5411299B2 (ja) 2009-02-17 2014-02-12 マクアリスター テクノロジーズ エルエルシー 電解セルおよびその使用方法
US9067810B2 (en) 2009-03-02 2015-06-30 Chester J. Sohn Electrolytic apparatus for treating ballast water and treatment system using same
WO2010126767A2 (en) 2009-04-30 2010-11-04 University Of Florida Research Fondation Inc. Single wall carbon nanotube based air cathodes
DE102009035546A1 (de) 2009-07-31 2011-02-03 Bayer Materialscience Ag Elektrode und Elektrodenbeschichtung
EP2467515B8 (en) 2009-08-19 2016-10-12 Next Hydrogen Corporation Proton exchange membrane water electrolyser module design
JP4818486B2 (ja) 2009-09-10 2011-11-16 パナソニック株式会社 ガス拡散層及びその製造方法、並びに燃料電池
JP4858658B2 (ja) 2009-09-29 2012-01-18 凸版印刷株式会社 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体、およびこれを有する固体高分子形燃料電池
US20120308807A1 (en) 2009-11-11 2012-12-06 Nano-Nouvelle Pty Ltd Porous Materials
RU93804U1 (ru) 2009-12-14 2010-05-10 Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологических проблем Электрохимическая ячейка для получения водорода
GB0921996D0 (en) 2009-12-17 2010-02-03 Johnson Matthey Plc Catayst layer assembley
US8734625B2 (en) 2010-01-22 2014-05-27 Panasonic Corporation Hydrogen generation device
US8652685B2 (en) 2010-01-29 2014-02-18 Eveready Battery Co., Inc. Method of making an electrochemical cell with a catalytic electrode including manganese dioxide
KR101115922B1 (ko) 2010-02-02 2012-02-13 주식회사 엘지화학 케이블형 이차전지의 제조방법
US20110229790A1 (en) 2010-03-19 2011-09-22 Kenji Sato Fuel cell module and fuel cell stack
US8790506B2 (en) 2010-03-24 2014-07-29 Alexander David Deptala Method of purifying a hydrogen stream using an electrochemical cell
TW201206556A (en) 2010-05-18 2012-02-16 Siemens Pte Ltd Systems and techniques for electrodialysis
US9945039B2 (en) 2010-06-08 2018-04-17 Northwestern University Method for improving the efficiency and durability of electrical energy storage using solid oxide electrolysis cell
DE102010030203A1 (de) * 2010-06-17 2011-12-22 Bayer Materialscience Ag Gasdiffusionselektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung
CA2804880A1 (en) 2010-07-09 2012-01-12 Hydrox Holdings Limited Method and apparatus for producing gas
WO2012011899A1 (en) 2010-07-21 2012-01-26 Utc Power Corporation Solid flow field plate with end turns
US20120021303A1 (en) 2010-07-21 2012-01-26 Steven Amendola Electrically rechargeable, metal-air battery systems and methods
US8865359B2 (en) 2010-07-27 2014-10-21 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell having improved thermal characteristics
JP2012036413A (ja) 2010-08-03 2012-02-23 Sony Corp 水素ガス発生装置及びその駆動方法、並びに、発電・水素ガス発生装置及びその駆動方法
US8802304B2 (en) 2010-08-10 2014-08-12 Eos Energy Storage, Llc Bifunctional (rechargeable) air electrodes comprising a corrosion-resistant outer layer and conductive inner layer
JP5759687B2 (ja) 2010-08-16 2015-08-05 広重 松本 水電解セル
CN101906642A (zh) 2010-08-30 2010-12-08 新奥科技发展有限公司 一种制备光电制氢电极的方法以及光电制氢电极
US20130189592A1 (en) 2010-09-09 2013-07-25 Farshid ROUMI Part solid, part fluid and flow electrochemical cells including metal-air and li-air battery systems
US9595727B2 (en) 2010-11-16 2017-03-14 Giner, Inc. Electrochemical device comprising an electrically-conductive, selectively-permeable membrane
EP2463407B1 (de) 2010-12-08 2018-10-10 Airbus Defence and Space GmbH Elektrolyseverfahren und Elektrolysezellen
US9011651B2 (en) 2010-12-09 2015-04-21 Ut-Battelle, Llc Apparatus and method for the electrolysis of water
RU2602079C2 (ru) 2010-12-10 2016-11-10 Юниверсити Оф Вуллонгонг Многослойные устройства для разложения воды
AU2012203643B2 (en) 2011-03-15 2014-02-13 Nano-Nouvelle Pty Ltd Batteries
US9527038B2 (en) 2011-07-11 2016-12-27 Uwm Research Foundation, Inc. Osmotic bioelectrochemical systems
CA2836554C (en) 2011-07-12 2016-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP5684665B2 (ja) 2011-07-13 2015-03-18 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
TWI568888B (zh) 2011-09-15 2017-02-01 第諾拉工業公司 氣體擴散電極及其製法和電化電解池
US9714472B2 (en) 2011-09-23 2017-07-25 Covestro Deutschland Ag Gas diffusion electrodes and process for production thereof
US8940151B1 (en) 2011-10-31 2015-01-27 Advanced Hydrogen Products, LLC Water electrolysis systems and methods
WO2013066331A2 (en) 2011-11-03 2013-05-10 Avalence Llc Method for controlling cell-presssure balance and separator liquid level in an electrolyzer and apparatus thereof
WO2013106063A1 (en) 2012-01-13 2013-07-18 Dickson Richard M Metal-air battery and methods for forming improved metal-air batteries
EP2617874B1 (de) 2012-01-18 2015-06-03 H-TEC Systems GmbH Elektrolyseur
EP2831311B1 (en) 2012-03-30 2017-05-31 Atomic Energy of Canada Limited Electrolysis cell with multiple membranes for cucl/hcl electrolysis in hydrogen production
EP3118350A1 (en) 2012-06-12 2017-01-18 Monash University Gas permeable electrode and method of manufacture
BR112014030994A2 (pt) 2012-06-12 2017-06-27 Univ Wollongong eletrodos permeáveis a gás e células eletroquímicas
MX2014015168A (es) 2012-06-12 2015-08-14 Univ Monash Estructura de electrodo respirable y metodo y sistema para su uso en division de agua.
DK2898564T3 (en) 2012-09-21 2018-07-30 Univ Danmarks Tekniske Rechargeable carbon / oxygen battery
JP6214063B2 (ja) 2012-12-02 2017-10-18 アクシン ウォーター テクノロジーズ インコーポレイテッドＡｘｉｎｅ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ． 廃水処理のための電解セルでの濾過能力の付与方法
WO2014088628A1 (en) 2012-12-05 2014-06-12 Evoqua Water Technologies Llc Electrochemical separation systems and methods
CN104919636A (zh) 2013-03-15 2015-09-16 俄勒冈州立大学 微生物燃料电池和使用方法
US9499403B2 (en) 2013-07-10 2016-11-22 Saudi Arabian Oil Company Catalyst and process for thermo-neutral reforming of liquid hydrocarbons
CN105659412A (zh) 2013-07-31 2016-06-08 奥克海德莱克斯控股有限公司 用于管理电化学反应的方法和电化学电池
US10183875B2 (en) 2013-08-07 2019-01-22 Water Star, Inc. Point of use electrolysis system
US10071921B2 (en) 2013-12-02 2018-09-11 Lean Environment Inc. Electrochemical reactor system for treatment of water
WO2015085364A1 (en) 2013-12-10 2015-06-18 Aquahydrex Pty Ltd Electrochemical cell for water treatment
CA2932293A1 (en) 2013-12-10 2015-06-18 Aquahydrex Pty Ltd Electrochemical cells and components thereof
WO2015085363A1 (en) 2013-12-10 2015-06-18 Aquahydrex Pty Ltd Electrochemical cell without an electrolyte-impermeable barrier
JP6210049B2 (ja) 2014-11-04 2017-10-11 トヨタ自動車株式会社 車両
US20180363151A1 (en) 2015-12-14 2018-12-20 Aquahydrex Pty Ltd Electrochemical cell that operates efficiently with fluctuating currents
US20200083541A1 (en) 2017-05-26 2020-03-12 Aquahydrex Pty Ltd Electrochemical cells for use with gas mixtures
US20200161720A1 (en) 2017-05-26 2020-05-21 Aquahydrex Pty Ltd Electrodes and electrochemical cells with efficient gas handling properties

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3410770A (en) * 1966-02-18 1968-11-12 Allis Chalmers Mfg Co Electrolytic method for producing oxygen and hydrogen
US4042481A (en) * 1974-12-24 1977-08-16 Kelly Donald A Pressure-electrolysis cell-unit
RU47893U1 (ru) * 2005-05-31 2005-09-10 Адамов Григорий Евгеньевич Установка для получения молекулярного водорода

Also Published As

Publication number Publication date
US10087536B2 (en) 2018-10-02
US20150167185A1 (en) 2015-06-18
US10577700B2 (en) 2020-03-03
US20190093244A1 (en) 2019-03-28
CA2876236A1 (en) 2013-12-19
BR112014031220A2 (pt) 2017-06-27
RU2014152642A (ru) 2016-08-10
MX2014015168A (es) 2015-08-14
WO2013185163A1 (en) 2013-12-19
JP6088048B2 (ja) 2017-03-01
AU2012382382A1 (en) 2015-01-15
AU2018200988A1 (en) 2018-03-01
KR20150023666A (ko) 2015-03-05
JP2015527482A (ja) 2015-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2603772C2 (ru) Воздухопроницаемый электрод и способ применения в расщеплении воды
US20170356094A1 (en) Gas permeable electrode and method of manufacture
Jourdin et al. A novel carbon nanotube modified scaffold as an efficient biocathode material for improved microbial electrosynthesis
Tang et al. Size-dependent activity of gold nanoparticles for oxygen electroreduction in alkaline electrolyte
Ahn et al. Development of a membrane electrode assembly for alkaline water electrolysis by direct electrodeposition of nickel on carbon papers
Tiwari et al. A new class of bubble-free water electrolyzer that is intrinsically highly efficient
WO2018213889A1 (en) Electrodes and electrochemical cells with efficient gas handling properties
JP7413304B2 (ja) 二酸化炭素電解装置
Winther-Jensen et al. Towards hydrogen production using a breathable electrode structure to directly separate gases in the water splitting reaction
CA2720866A1 (en) Gas decomposition apparatus and method for decomposing gas
Salome et al. An electrochemical route to prepare Pd nanostructures on a gas diffusion substrate for a PEMFC
Hedau et al. Bifunctional carbon quantum dot-embedded metal-organic framework nanohybrid as a highly efficient electrocatalyst for water splitting and CO2 reduction
Plankensteiner et al. Freestanding μm-thin nanomesh electrodes exceeding 100x current density enhancement for high-throughput electrochemical applications
JP2013067859A (ja) 改良されたガス拡散電極およびその製造方法
JP2015224392A (ja) 酸素脱分極電極およびこれらの製造プロセス
CN111575727A (zh) 多层级纳米孔金属基柔性薄膜气体扩散电极及其制备方法与应用
Vesztergom et al. Eliminating Flooding-related Issues in Electrochemical CO₂-to-CO Converters: Two Lines of Defense.
EP4455371A2 (en) Electrolysis cell and electrolysis device
JP2021021095A (ja) 還元反応用電極及び炭素化合物還元装置
CN118854321A (zh) 电解槽及电解装置
Farzami et al. Comparative study on application of bimetallic Pt-based alloy electrocatalysts in advanced chlor-alkali electrolysis
JP2008071727A (ja) 多孔体流路層、燃料電池およびそれらの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170926

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190613