TW490437B - Electrochemical conversion of anhydrous hydrogen halide to halogen gas using a cation-transporting membrane - Google Patents

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Clarence Garlan Law Jr
John Scott Newman
Kenneth B Keating
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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 490437 ΝΊ __ Β7_ 五、發明説明（1 ) 發明背憂_ 1 . 發明節園 本發明係關於一種使用一種陽離子输送膜將無水鹵化氫 電化學轉化成一種實質上乾燦鹵素氣體之方法。特定言之 ，可使用此種方法以自一種個別之無水鹵化氫（諸如氛化 氫、溴化氫、氟化氫及碘化氫）製造鹵素氣體（諸如氯、 溴、氟及碘）。 2. 祖技藝之說明 氛化氫（HC1)或氫氛酸係一種使用氮之多種製造方法之 反應副產物。例如，氛係使用Μ製造聚氛乙烯、異氰酸酯 及氛化烴/氟化烴，伴隨著氯化氫作為一種此種方法之副 產物。由於供應如此超過需求，因此氯化氫或製造之酸通 常無法銷售或使用，甚至於謹慎之純化作用之後亦如此。 越過長距離之输送係經濟上不可行的。酸或氯離子之排放 入駿水物質流中係環境上不良的。氯之回收及回饋至製造 方法中係處置HC1副產物之最儍良之途徑。已發展多種商 業方法，以轉化H C 1成可使用之氯氣。見例如，F · R ·明恩 斯（Minz)，”HC1-電解-循環氯之技術（HC卜Electrolysis-Technology for Recycling Chlorine)” ， 拜 耳公司 (Bayer AG)，電化學處理、創新及進展之會議，葛拉斯哥 (Glasgow)，蘇格蘭，英國，4/21-4/23, 1993。 目前，存在將無水HC1及水溶液之HC1轉化成氯之熱催 化之氧化方法。商業之方法，K ”Shel l-Chlor” 、”Kel_ Chlor”及” MT_Chlor”方法著稱，係基於狄侃（Deacon)反應 -4 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 訂 490437 A7 Β7 五、發明説明（2 。如於1870年代發展之原本之狄侃反應使用包含一種充當 催化劑之氯化網鹽之流體化床。狄侃反應通常係如下表示 催化劑 4HC1 + 02 2C12 + 2H2〇 (1) 此處視其中使用方程式（1)之反應或方法而定，可使用下 列催化劑。 反應 _ 狄侃 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 C U、稀土金騸、鹸金靨 Ν02 、 N0HS(U C Γ rn 0 Π 對於狄侃反應之商業改良已使用除了 鋦Μ外之其他催化劑或取代鋦*諸如 種形式之氧化氮、及氧化鉻，俾能改 降低能量输入及降低經由嚴苛之化學 處理設備之腐蝕效應。然而，就大體 化氧化方法需要將不同之反應成份分 ，因此此等方法係複雜的。彼等亦包 製造，此等製造需要反應条統之昂貴 等熱催化氧化方法係於250 或以上 存在經由直流電流之通過溶液而將 氛氣之電化學方法。目前電化學之商 S h e 1 1 - C h 1 ο Γ K e 1 - C h 1 o r MT-Ch lor 於狄侃 稀土金 良轉化 反應條 而論， 離俾能 括高腐 建造材 之高溫 水溶液 業方法 反應中 屬化合 作用之 件而產 由於此 達到產 蝕性中 料。此 度操作 之HC1 係Μ伍 使用之 物。各 速率、 生之對 等熱催 物純度 間物之 外*此 〇 轉化成 德 _Λ ^ 衣 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 490437 A7 B7 五、發明说明（3 ) (IJhde)方法著稱。於伍德方法中*將約22%之HC1水溶液 於65°至801C進料至一種電化學電池之兩個室中，於此處 於雷池中暴露於直流電，產生電化學反應及HC1濃度降低 至17%，伴隨著氯氣及氫氣之製造。一種聚合物隔Η分隔 此兩個室。此方法需要將於電解步驟之期間製造之稀（ 1796) HC1溶液循環及再產生一種22%之HC1溶液，Μ進 料至電化學電池。伍德方法之總反應係Μ下列方程式表示 ： 電能 2HC1 (水溶液） -卜 Η2 (濕）+ Cl2 (濕） (2) 如由方程式（2)中係清礎的，經由伍德方法製造之氯氣係 濕的，通常包含約1 %至2 %水。然後此種濕氮氣必須進 一步處理K製造一種乾燥。可使用之氣體。倘若HC1於水 中之濃度變成太低，則自於伍德方法中存在之水產生氧係 可能的。此種由於水之存在而產生之可能之伍德方法副反 應係以下列方程式表示： 2H2〇 —> 〇2 + 4H+ + 4e~ (3) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，由於此種副反應》因此於伍德系統中水之存在限制 電池可達成之電流密度至低於500安培/平方呎。结果係 降低之電效率及由於產生之氧而引起之電池構件之腐蝕。 另一種處理水溶液之HC1之電化方法已於特許予巴耳科 (Balko)之美國專利第4,311,568號中說明。巴耳科使用 一種具有一種固體聚合物電解質膜之電解電池。將氛化氫 ，以於水溶液中之氫離子及氯雜子之形式，引進人一種電 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（4) 解電池中。固體聚合物電解質膜係黏结於陽極，以容許自 陽極表面進入膜之输送。於巴耳科之方法中，控制氧釋出 副反應及將其減至最低係一項重要之考應。氧之釋出降低 雷池效率及導致電池之構件之快速腐蝕。由巴耳科使用之 陽極细孔尺寸之設計與構造及電極厚度，將氯離子之输送 增至最大。由於在接近陽極表面之氛離子消耗之情況下氧 釋出趨於增加，因此此造成有效之氛釋出而同時將氧之釋 出降至最低。於巴耳科之方法中，雖然可將氧釋出降至最 低，但未消除。如可由巴耳科之方法之圖3至5觀察到， 當總電流密度增加時，氧釋出之速率增加，如由於製造之 氛中發琨之氧濃度之增加證明。巴耳科之方法可於較高之 雷流密度下運轉，但受氧釋出之有害效應限制。倘若巴耳 科電池係於高電流密度運轉，則陽極將損壞。 就大體而論，一種電化方法之速率之特徵為其之電流密 度。於大部份倩況中，可同時發生多種電化學反應。當此 係真實時，電化學反應之電驅動力係致使其造成超過一種 之電化學反應之相當之電流密度。對於此等情況，報導或 潮量之電流密度係來自超過一種之電化學反應之電流之结 果。此係水溶液之氯化氫之電化學氧化作用之情況。氯離 子之氧化作用係主要反應。然而，於氯化氫水溶液中存在 之水係氧化Μ釋出氧，如於方程式（3)中表示。此不是一 種良好之反應。電流效率容許人們定量地說明來自多種來 源之電流之相對分佈。例如，倘若於陽極或陰極發生多種 反應，則電流效率可表示如： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（210Χ297公釐） I. ^ 衣1Τ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 1 ^—
NR Σ ij ⑷ J=1 此處係反應j之電流效率，及此處有fjR數目之反應 發生。 對於一種HC1之水溶液及一種陽極之實例，以上之通式 係： ^C12 = T— 2 2012 + ^〇2 (5) %ι2 +η〇2 = ι·ο ⑹ 於氯化氫於一種水溶液中之特定情況中，氯離子之氧化 作用係主要反應，而氧釋出係次要反應。於此種情況中， 雷流密度係兩種陽極反應之和。由於7] 02不是零，因此氛 離子氧化作用之電流效率係低於1 ，如於μ下方程式（7) 及（8)中表示。無論何時倘若考慮來自一種水溶液之氧離 子之氧化作用，則氧釋出之電流效率不是零及對於氯之產 生及製造具有不利之影響。 乃〇2 关 〇 (7) 化12 一 1 · 〇 -卩〇2 · · ·ici2 = ^1〇12 ^ ^reported (8> 此外，水溶液之HC1之電解處理可係受質量傳送限制。 -8- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4%格（210X297公釐） I· 丨· 衣 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（6 ) 物質之質量傳送很受物質之濃度及擴散之速率影響。輸送 物質之擴散係數及濃度係影響質量输送之速率之重要因素 。於一種水溶液（諸如於巴耳科方法中使用者）中’一種 物質之擴散係數係〜1(Τ5平方厘米/秒。於一種氣體中* 擴散係數係顯著地較高，具有值〜10 平方厘米/秒。於 電解水溶液之氛化氫之一般工業實務中，氯化氫或氯離子 之實際澹度係〜17%至22%，而於無水氯化氫之氣體中氯 化氫之濃度係100 %。高於2296，朗電導降低，及電力損 失（power penalty)開始上昇。低於17%，則氧可經由方 程式（3)之副反懕自水中釋出•腐蝕電池構件，降低電效 率，及污染氛。 發明摘沭 本發明經由提供一種自無水鹵化氫直接製造實質上乾燥 鹵素氣體之方法而解決習知技術之問題。此種方法容許直 接處理自多種製造方法產生之無水鹵化氫，而不須首先將 鹵化氫溶解於水中。實質上乾烽鹵素氣體之此種直接製造 ，當進行時，例如，用於氛氣之製造，係比需要自氯氣中 分離水之習知技術方法較低資本密集。 本發明亦經由提供一種方法，其中氯係自一種實質上不 含水之介質中製造，而解決習知技術之問題。因此，於氯 化氫（氣體）之電化學轉化成氯及氫中，不產生可測知之數 量之氧。水於陽極之氧化作用係一種不良之副反應，其於 本發明中實質上係消除的。於是，轉化成氯之反應可於較 高之電流密度下進行，此轉變成為每單位面積電極之較高 一9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I· ^ 訂 ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（7 ) 之氛產量。因此，本發明需要比習知技術之氯化氫之電化 學轉化較低之投資費用。 於本發明中使用無水氯化氫而非水溶液之氛化氫之一項 優點係，理論電池電壓係較低至少0.3伏特。此容許電池 於比以水溶液之氛化氫操作之電池較低之總電池電壓操作 。此種優點可直接轉變成比於習知技術之水溶液之電化學 方法中較低之每磅產生氯之電力費用。 與由習知技術之電化學或催化之条統製造比較，本發明 亦提供一種Μ較少之處理步驟製造較乾燥之氛氣、藉Μ簡 化處理條件及降低資本費用之方法。 本發明亦提供一種將無水氯化氫轉化成實質上乾燥氛氣 之方法，俾能將氯氣循環回製造、或合成方法中，藉Μ消 除關於氛離子之排放之環境問題。 為了達成前述之解答、並根據如具體化及於本文中廣泛 說明之本發明之目的，有提供一種自實質上無水鹵化氫直 接製造實質上乾燥鹵素氣體之方法，其中實質上無水鹵化 氫之分子係通過一種電化學電池之一個入口输送，電池包 含一種陽離子输送膜、及每個配置Κ與膜之一個別之面接 觸之一涸陽極及一個陰極；實質上無水鹵化氫之分子係於 陽極氧化以製造實質上乾燥鹵素氣體及質子；質子係通過 竃化學電池之膜输送；及输送之質子係於陰極選原。 於一個本發明之較佳具體實施例中，有提供一種自實質 上無水氛化氫直接製造實質上乾燥氯氣之方法*其中實質 上無水氛化氫之分子係通過一種電化學電池之一個人口输 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） _· ; 衣 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（8 ) 送，電池包含一種陽離子蝓送膜、及每個配置以與膜之一 個別之面接觸之一個陽極及一個陰極；實質上無水氯化氫 之分子係於陽極氧化Μ製造實質上乾燥氯氣及質子；質子 係通過電化學電池之膜输送；及输送之質子係於陰極運原 。可將一種含氧之氣體於膜之陰極面引進，及當其引進時 ’質子與氧係於陰極面選原Μ生成水。 可能，一部份之無水氛化氬於接觸電池之後係未反應的 。於本發明中，將未反應之氛化氫之部份自實質上乾燥氛 氣分離及循環回電化學電池。此外，可將實質上乾燥氯氣 _料至一種製造無水氛化氫作為一種副產物之合成方法中 〇 園之簡要說明 圖1係一種根據本發明之一個具有一種製造氫之陰極之 第一種具體實施例、自無水鹵化氫製造鹵素氣體之電化學 電池之一略圖。 圖2係一種根據本發明之一個具有一種製造水之陰極之 第二種具體實施例、自無水鹵化氫製造鹵素氣體之電化學 電池之一略圖。 圖3係一種自實質上乾燥氛氣中分離一部份之未反應氯 化氫、及將其循環回圖1之電化學電池之系統之一略圖。 圖4係一種對於圖3之系統之修改之一略圖，其包括一 種製造無水氯化氫作為一種副產物之合成方法與此處實質 上乾燥氡氣係循環至合成方法、及未反應之氯化氫係循環 回醒1之電化學電池。 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I♦ ^ 訂 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 运84 1 00449號專利Φ請案 Α7 中文說明書修Ε頁（8 6车3月^ 五、發明説明（）
10 代 表 電 池 ♦ 10 1 代 表 霄 池 9 12 代 表 m 離 子 輸 送 膜 12 ? 代 表 陽 離 子 主6 tail 送 m 14 代 表 陽 極 ·， 14 ’ 代 表 陽 極 > 16 代 表 陰 極 > 1 R * 代 表 陰 極 18 代 表 m 極 入 □ 1 1. S， 代 表 入 □ ♦ 2 0 代 表 陽 極 室 > 20 ’ 代 表 陽 極 室 > 22 代 表 陽 出 □ > 22 ' 代 表 出 □ ； 24 代 表 陰 入 □ > 24 ’ 代 表 λ □ ； 2 6 代 表 陰 極 室 > (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2 β ’代表陰極室； 2 8 代表陰極出口； 2 8 ’代表出口； 3 0 代表集電器； 3 〇 ’代表集電器； 3 2 代表集電器； 3 2 ’代表臭霄S ; -11a - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 笔841 真利串請案 A7 Φ文說明書孩年__________________________ 五、發明説明（） 34 代 表 流 動 溝 槽 > 34 ’ 代 表 流 動 溝 槽 > 3 6 代 表 流 動 溝 ft j 3 6’ 代 表 流 動 溝 槽 ， 38 代 表 進 料 管 線 ， 39 代 表 進 料 管 線 ί 40 代 表 系 统 j 41 代 表 管 tM > - 4 2 代 表 管 m y 44 代 表 分 難 器 4 5 代 表 管 滾 > 4B 代 表 管 > 47 代 表 管 > 48 代 表 管 線 » 4 9 代 表 液 氣 分 離 槽 1 5 0 代 表 系 統 9 5 2 代 表 合 成 方 法 > 5 4 代 表 反 應 λ □ 管 白 ， 5fi 代 表 反 應 物 人 □ 管 線； 5 8 代 表 管 > 6 0 代 表 分 離 器 > R2 代 表 管 缤 > 5 4 代 表 分 繇 器 ♦ 6 6 代 管 線 > 67 代 表 管 線 y 以 及 68 代 表 管 線 0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 490437 A7 _B7 五、發明説明（9 ) 、 較住亘餺啻敝例夕銳明 琨在將詳细地參考本發明之目前較佳具體實施例’如於 附陳之圖中舉例說明。 根據本發明之第一種具體實施例，有提供一種自無水鹵 化氣直接製造實質上乾烽鹵素氣體之電化電池。此種電池 將闞於本發明之一種較佳具體實施例說明，此具體實施例 自無水氛化氫製造實質上乾煉之氯氣。然而，或者可使用 此種電池以自一種個別之無水鹵化氫*諸如溴化氫、氟化 氫及碘化氫，製造其他鹵素氣體，諸如溴、氟及碘。術語 〜直接〃意表，電化學電池消除自製造之氛中移除水之需 要、或於電化學處理之前稱實質上無水氯化氫轉化成水溶 液之氛化氫之需要。此種電池係於圖1中K10大致表示。 於此第一種具體實施例中，氯氣、及氫係經由電池10製造 -I ! II ..... ........ 三 I j 1—1 -- - - - - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 電池 特定言 種氟基 全氟基 基）製 於降低 合之樹 包括具 氟化聚 C 1 〇 全 10包含 之，膜 或全氟 單體之 造之商 膜之傳 脂材料 有類型 合物， 氟基烷 一種陽離子輸送膜12，如於圖1中表示。更 12可係一種質子傳導膜。膜12可係一種由一 基聚合物（較佳係兩種或兩種以上氟 一種共聚物，單體之至少一種具有側 業之陽離子膜。 導性，因此羧酸 由於羧酸基當其質子 基之存在係不良的。 係市販的、或者可根據專利文獻製造 —CF2CFRSO3H及 此處R係一個F 基。膜樹脂可係 一 0CF2CF2CF2S03H之 、c 1 、C F 2 c 1、或一 ，例如，一種四氟乙 基或者 鏈磺酸 化時趨 各種適 。彼等 側鏈之 個（^至 烯輿 -12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 490437 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) CF2=CF0CF2CF(CF3)0CF2CF2S03H 之共聚物。有時此等樹 脂可係於具有側鏈一S〇2F基而非一S03H基之形式。磺醯氟 基可用氫氧化鉀水解成一S〇3K基，然後其與一種酸交換成 一50^基。由水合、聚四氟乙烯與含側鏈磺酸基之聚_磺 醢氟乙烯基醚之共聚物製造之適合之陽離子性膜，係由威 明頓（Wilmington)、德拉威(Delaware)之杜邦公司 (E · I · c) u Ρ ο n t d e N e ιη 〇 u r s a n d C 〇 m p a n y ) Μ 商標 "MAFION”提供（此後稱為NAFION®)。特定言之，包含側 鐽磺酸基之 NAFI0N® 膜包括 NAFION© 117、NAFI0N® 324及NAFI0N® 417。第一種類型之NAFIONO係未受支擦 並具有1100克之當量，當量係定義為中和1升之1M氫氧化 納溶液所需要之樹脂之數量。其他兩種類型之NAFI0H⑰皆 係於一種氟碳化合物織品上支撐，HAFI0N® 417之當量亦 係1100克。NAFION® 324具有一種兩-層结構，一層具有 1100克之當量之125微米-厚膜、及一層具有1500克之當 最之2 5微米-厚膜。亦有提供一種NAFION® 117F品级， 其係一種具有可轉化成磺酸基之側鏈一S02F基之先質膜。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 發 本 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 是圍 但範 , 之 用明 使發 之本 膜於 質係 解亦 電膜 物之 合 聚 體子 固離 種陽 一 他 明其 說之 明物 合 聚 然非 雖用 使 導20 傳 N 子構 質結 用般 使一 可有 ， 具 如係 例土 。礬 内- 5 有 於係 係明 X 發 中本 其於 ， 對 物。 合內 化圍 晶範 結之 送陶Λ ” 之 輸之X*冷用
他之 貝量 。計 土學 _ 化 - 非 他族 貝一 如之 諸03瓷U >解 土電 礬體 一 固 Θ 種 ( 多 11及 至料 } 材 土 礬 種 此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 490437 A 7 B7 五、發明説明（11 ) 質係敘述於激AJI 池毛.li_( Fuel C-e.1.1 Handboo-L) , A · J · 阿波比（Appleby)及 F.R·弗耳克斯（Foulkes)，Van
Reinhold，紐約，1989’ 第 308-312 頁。另外 有用之固態質子傳導體，特別係緦及鋇之铈酸鹽·諸如鎗 铈酸緦（SrCe〇.e5Yb〇.〇503-« )及钕鈽酸鋇 (BaCe〇.9Nd〇.〇i〇3-«)係敘述於一份最終報告’ D0E/MC/24218-2957 ，傑伍耳斯基（Jewulski)、歐錫夫 (Osif)之雷米克（Reraick)，由氣體技術研究院 (Institute of Gas Technology)(芝加哥，伊利諾ffl)為 美_能源部，化石燃料部門，莫根唐能源技術中心（the IJ . S . Department of Energy，Office of Fossil Energy, Morgantown Energy Technology Center)， 1 990年12月製備。 雷化學電池10亦包含一對電極，特定言之，一個陽極 14及一個陰極16，配置每個電極Μ與膜之個別之面接觸’ 如於讕1中表示。陽極14具有一個引導至一涸陽極室20之 陽極入口 18，陽極室20依順序地引導至一個陽極出口 22。 陰極16具有一個引導至一涸陰極室26之陰極人口 24，陰極 室26依順序地引導至一個陰極出口 28。如熟諳此藝者已知 ，倘若電極係置於一片膜之相反面上，則陽離子性電荷（ 於說明之HC1反應中之質子）係通過膜自陽極输送至陰極 ，而同時每個電極進行一種半-電池反應。於本發明中’ 無水氛化氫之分子係通過入口 18输送至陽極之表面。將無 水氮化氫之分子氧化，Μ製造實質上乾燥之氯氣及質子。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) Α4規格（210X297公釐） —· ^ 衣 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12 ) 實質上乾燥之氯氣通過陽極出口 22離開，如於圖1中表示 。質孑，於圖1中標示為Η♦，係通遇膜輸送及於陰極還原 。此係於以下較詳细解釋。 陽極及陰極可包含多孔、氣體-擴散電極。此等電極提 供高比表而面積之優點，如熟諳此藝者已知。陽極及陰極 包含一種於陽離子输送膜之表面鄰近，意指於其中或其下 ，配置之電化學活性材料。可將一層電化學活性材料之薄 膜直接胞加至膜。或者，可將電化學活性材料熱壓至膜’ 如表示於A.J.阿波比及Ε.Β.依葛耳（Yeager)，能源 (Energy)，窠11卷，137 (1986)中。或者，可將電化學活 性材料沉積入膜中，如於特許予菲得奇（Fedkiw)之美國專 利第4,959, 132號中表示。電化學活性材料可包含任何類 型之催化或金鼷之材料或者金靨氧化物，其限制條件為材 料可支持電荷傳送。較佳地，電化學活性材料可包含一種 催化劑材料諸如鉑、釕、餓、練、鍩、銥、鈀、金、鈦或 銷及其氧化物、合金或混合物Μ及包含任何之此等元素、 氧化物及合金之混合物。術語*包含任何之此等元素、氧 化物及合金之混合物"意表至少一種之此等元素、氧化物 及合金與至少一種之任何其他之此等元素、氧化物及合金 及/或任何其他成份混合。然而，就大體而論，此等材料 之氧化物係不使用於陰極。適合於本發明使用之其他催化 劑材料可包括，但不限於，於單體與聚合物之形式之轉移 金鼷巨環及轉移金靨氧化物，包括鈣鈦礦及燒綠石。 於一種熱壓之電極中，電化學活性材料可包含一種於一 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 0^------1T------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明〇3 ) 種載體材料上之催化劑材料。載體材料可包含碳之粒子及 聚四氟乙烯之粒子，聚四氟乙烯係以商標” TEFLON”銷售（ K下稱為TEFLON® )，自威明頓、德拉威州之杜邦公司市 腋的。電化學活性材料可經由TEFLON®之特性而黏结於一 種碳紙或石墨布之支持结構及熱壓至陽離子输送膜。 TRPL0N(B之疏水之本性不容許於陽極形成一層水之膜。一 種於電極中之障壁（barrier)將阻礙HC1至反應位置之擴 散。電極較佳係熱壓入膜中，俾能具有於催化劑與膜之間 之良奸接觭。 電化學活性材料之負載可基於施加至膜之方法而變動。 熱懕、氣鵂-擴散電極通常具有0.10至0.50毫克/平方厘 米之負載。以沉積之其他可利用之方法，較低之負載係可 能的，諸如自墨水中將彼等分佈於膜上如薄層，如敘述於 威耳森（Wilson)及葛得斯費耳得（Gottesfeld)， a用於聚 合物鼋解質燃料電池之超-低Pt負載之高性能催化膜 (High Performance Catalyzed Membranes of Ultra-1o w Pt Loadings for Polymer Electrolyte Fuel Cells)"，洛塞勒摩斯國家實驗室（Los Alamos Nat iona丨Laboratory)，電化學協會雜誌（J. EUctrocrhem. Soc·)，等 139 卷，第 2 期 L28-30, 1992, 此處墨水包含溶解化之NAFI ON®離子化共聚物Μ增進催化 劑-離子化共聚物表面接觸及充當NAFI0N⑰膜片之一種黏 合劑。用此種系統，已達成低至每平方厘米0.017毫克活 性材料之負載。 16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ir (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 A7 B7 五、發明説明（w) 分別配置集電器30、32，Μ與陽極及陰極分別電接觸以 收集電荷。集電器之另一種功能係引導無水氯化氬至陽極 及引導於入口 24加至陰極之任何水，以維持膜水合，如將 於W下討論。更特定言之，集電器係與如於圖1中表示、 引導無水HC1至陽極及加入之水至陰極之流動溝槽34、 36—起Μ機器製造。集電器及流動溝槽可具有多種構造， 此係於本發明之範圍內。此外，集電器可以熟諳此藝者已 知之任何方式製造。例如，集電器可自以環氧樹脂浸濱之 石墨塊機器製造，Μ避免氛化氫及氛通過石墨團塊擴散。 I比種浸濱亦避免氧及水通過石墨團塊逸出。集電器亦可由 一種泡沬、布或鑌鋦之形式之一種多孔碳製造。集電器亦 可包括熱電偶或熱阻器（未表示出）Μ監測及控制電池之溫 度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一種具體實施例之電化學電池亦包含一種結構之支持 物，Μ將電池結合在一起。較佳地，支持物包含一對支持 板，其係杻曲至高壓力Μ降低於集電器與電極之間之接觸 電阳。板可係鋁，但較佳係一種抗腐蝕之金屬合金。板包 括加熱元件(未表示出），使用其Μ控制電池之溫度。一非 導電之元件，諸如TEFLON®或其他絕緣體，係配置於集電 器與支持板之間。 第一種具體實施例之電化學電池亦包括一個對電池供應 電壓之電壓來源（未表示出）。電壓來源係分別經由集電器 30與32，如以+及一端表示，聯接於電池，如於圖1中表 示〇 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 490437 A7 B7 五、發明説明（15 ) 當使用超過一對陽極-陰極對時，諸如於製造中，一種 雙極之排列係較佳的。於圖1中表示之簡單電池中，顯示 一個單一之陽極及陰極。電流通過聯接至陽極之導線自外 部電壓來源流至陰極及返回至外部來源。Μ多個陽極-陰 極對之叠置，Μ此種方式供應電流不是最方便的。因此， 對於一個雙極排列，電流通過電池叠流動。此係經由具有 自同一塊材料機槭製造之陽極及陰極之集電器而達成。因 此，於集電器之一面上，陽極之氣體（HC1)於機械製造之 溝槽中流過陽極。於同一集電器之另一面上機械製造溝槽 ，及於陰極反應中使用電流，於本發明中陰極反應製造氫 。雷流通過一電池《之重複之單位流動，而不需要移除及 供應雷流至每個個別之電池。集電器選擇之材料必須於陽 極面上柢抗氧化之條件及於陰極面上抵抗選原之條件。當 然，材料必須導電的。於一種雙極之结構中，絕緣體係不 配置於電池叠中，如Κ上說明。而係，於叠之末端有支持 板，及彼等可與鄰接之集電器絕緣。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 進一步根據本發明之第一種具體實施例，有提供一種自 實質上無水-鹵化氫直製造實質上乾燥鹵素氣體之方法。無 水鹵化氫可包含氯化氫、溴化氫、氟化氫或碘化氫。應注 意，當電化學電池係於高溫度（即，用於溴之約60¾及Μ 上，而用於碘之約190C及上）運轉時，可達成溴氣體及 碘氣體之製造。於碘之情況中，應使用一種由NAFI0N®W 外之一種材料製造之膜。 目前將說明第一種具體實施例之電化學電池之搡作，如 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 490437 A7 B7 五、發明説明 其係闞於本發明之方法 化氫係氛化氫。於操作 係通過陽極入口 18及通 水（H2〇 (液體），如於圖 過於陰極集罨器32中形 及藉Μ增加質子通過膜 體），如於圖1中表示 生之電位下氧化，Κ於 (氣體））、及質子（Η + 1) 列方程式說明： 雷能 之一較佳具體實施例，此處無水鹵 中，實質上無水氛化氫氣體之分子 過氣體溝槽34輸送至陽極之表面。 1中表示）係通遇陰極入口 24及通 成之溝槽36輸送至陰極，Κ水合膜 输送之效率。無水氛化氫（HC1 (氣 )之分子係於陽極於由電壓來源產 陽極製造實質上乾燥之氯氣（CU 如於圖1中表示。此反應係Μ下 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2HC1 (氣體） 2Η+ + CU (氣體）+ 2e· (9) 氛氣（CU (氣體））通過陽極出口 22離開，如於圖1中表示 。質子（H + )係通過膜输送，其充當一種電解質。輸送之質 子係於陰極選原。此種反應係由下式方程式說明： 電能 2H"* 2e" H2(氣體） (10) 訂 Φ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 於電極與膜-之間之界面釋出之氫經由陰極出口 28離開，如 於圖1中表示。氫通過水起泡及不受於電極中之TEFLON® 影響。 _2擧例說明本發明之一個第二種具體實施例。無論何 處可能，對應於圖1之具體實施例之元件之元件將係K相 同於圖1中之參考數字表示，但將用一個分號（’）標示。 根據本發明之第二種具體實施例，有提供一種自無水鹵 -19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 490437 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（17 化氫莨接製造實質上乾燥鹵素氣體之電化學電池。此種電 池將係關於本發明之一個較佳具體實施例說明，其自無水 氛化氫盲接製造實質上乾燥氡氣。然而，或者可使用此種 雷池，Μ自一種分別之無水鹵化氫，諸如溴化氫、氟化氫 及碘化氫，製造其他鹵素氣體，諸如溴、氟及碘。此種電 池係於圖2中Κ 10’大致表示。於此第二種具體實施例中 ，此種電池製造水、及氯氣。 雷池10’包含一種陽離子输送膜12’，如於匾2中表示。 膜12’可係一種質子傳導之膜。較佳地，膜12’包含一種固 體聚合物膜 '及更佳地，聚合物包含NAFI0N®，如Μ上闞 於第一具體實施例說明。 電化學電池10’亦包含一對電極，特定言之，一個陽極 14’及一個陰極16’，配置每涸電極Μ與膜之個別之面接觸 ，如於圖2中表示。陽極14’及陰極16，產生作用，如Κ上 翮於第一種具體實施例說明。陽極14’具有一個入口 18’， 其導至一個陽極室20’，其依順序地導至一個出口 22’。陰 極16’具有一個入口 24’，其導至一個陰極室26’ ，其依順 序地導至——個出口 28 ’。 如於第一種具體實施例中，陽極及陰極可包含多孔之電 極，及更特定言之，氣體-擴散電極，其可建造及包含材 料，如Μ上於第一種具體實施例中說明。 本發明之第二種具體實施例之電化學電池亦包含配置Μ 與陽極及陰極分別電接觸、以收集電荷之集電器3(Γ 、 32’ 。集電器係與引導無水HC1至陽極及氧（〇2)至陰極之 -20- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（〗8 ) 流動溝槽34’、36’共同機械製造，如於圖2中表示。集電 器係建造及產生作用，如Μ上關於第一種具體實施例說明 。係了收集電荷Κ外，於此第二種具體實施例中集電器之 另一種功能係引導無水氛化氫越過陽極。陰極集電器引導 含氧之氣體（由於增濕作用之结果，其可包含水蒸氣）至 陰極。水蒸氣可係需要的，Μ維持膜水合。然而，由於經 由如Μ下討論之加人之氧（〇2)之電化學反應製造水，因此 於此種具體宵胞例中水蒸氣可係不需要的。 第二種具體實施例之電化學電池亦包含一種结合電池在 一起之结構安持物。較佳地*支持物包含一對支持板（未 表示出），其係建造及其產生作用，如Μ上關於第一種具 體實施例說明。 第二種具體實施例之電化學電池亦包括一種對電池供應 電壓之電壓來源（未表示出）。電壓來源係通過集電器30’ 及3 2 ’ ，如Κ +及一表示，分別聯接於電池，如於圖2中 表示。 進一步稂據本發明之第二種具體實施例，有提供一種自 官質上無水鹵化氫直接製造實質上乾燥鹵素氣體之方法。 無水鹵化氫可包含氛化氫、溴化氫、氟化氫或碘化氫。應 注意，當電化學電池係於高溫度（即，用於溴之約60 t：及 Μ上，而用於碘之約190P及以上）運轉時，可達成溴氣體 及碘氣體之製造。於碘之情況中，應使用一種由NAFI0N® Μ外之一種材料製造之膜。 目前將說明第二種具體實施例之電化學電池之操作，如 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 490437 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（19 ) 其係翮於本發明之方法之一較佳具體實施例，此處無水鹵 化氫係氡化氫。於操作中，實質上無水氛化氫氣體之分子 係通過陽極人口 18’及通過氣體溝槽34f输送至陽極。一種 含氧之氣體，諸如氧（〇2(氣體），如於圖2中表示）、空 氣或富含氣之空氣（即，於氮中超遇21莫耳％氧），係通 過如於圖2中表示之陰極入口 24’及通過於陰極集電器中 形成之溝槽36，引進。雖然使用空氣係較價廉，但是當使 用富含氧之空氣或氧時，電池之功能增進。可將此種陰極 進料氣體增濕化以協肋於膜中水分之控制。如於圖2中表 示之氛化氫iHCl (氣體））之分子係於由電壓來源產生之電 位下於陽樋氧化，Μ製造霣質上乾燥氛氣、及質子（H + )， 如於画2中表示，如於以上之方程式（9)中表示。氛氣 通過陽極出口 22’離開，如於圖2中表示。質子 (HM係通過膜输送，其充當一種電解質。氧及輸送之質子 係於陰極遒原成為水，其係K下列方程式表示： 1/202 (氣體）+ 2e_ + 2H+ ->H20(氣體） （11) 生成之水（於方程式（U)中之H20 (氣體））連同任何氮及未 反應之氧經-由陰極出口 28’雛開，如於圖2中表示。水亦 協肋維持膜之水合作用，如將於K下進一步解釋。 於此第二種具體實施例中，陰極反應係水之生成作用。 此種陰極反應，相對於如於第一種具體實胞例中於陰極之 Η 2製造，具有較有利之熱力學之優點。此係由於在此具體 實施例中以下列方程式表示之缌反應： 雷能 2HC1 (氣SfU 1/202(氣體）-> H2〇(氣體）+ (氣體） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· -α it 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 490437 Α7 Β7 五、發明説明（2〇） 包括比於第一種具體實施例中之總反應（其係K下列方程 式表示）之自由能改變較低之自由能改變： 2HC1 (氣體）—^~~► Μ 氣餺）+ CU(氣體）（13) 因此*於此第二種具體實施例中作為對電池输入之需要之 電壓或能量之數量係降低。 第一及第二種具體實施例之膜皆應係水合的，俾能具有 足夠之質子输送。因此•本發明之任一種具體實施例之方 法包括維持膜之陰極面濕潤之步驟，Κ增加質子通過膜输 送之效率。於具有一種製造氫之陰極之第一種具體實施例 中，膜之水合作用係經由維持液體水與膜接觸而獲得。液 體水流過氣體-擴散電極並接觸膜。於具有一種製造水之 陰極之第二種具體實施例中，膜水合作用係經由如由Μ上 方程式（11)表示之水之製造及經由於一種增濕化之氧-進 料或空氣-進料物質流中引進水而達成。此維持膜之高傳 導性。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 I---^-----0^-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於第一或第二種具體實施例中，電化學電池可於廣泛之 溫度範圍内-操作。由於使用電池之簡易，因此室溫操作係 一項優點。然而，於高溫度之操作提供改進之動力學及增 加之電解質傳導性之優點。亦應注意，未受限於大氣壓力 下操作第一或第二種具體實施例之電化學電池。電池可於 不同之壓力梯度下運轉，其改變於電池中水或其他構件（ 包括膜）之输送特性。 本發明之任一種具體實施例之電化學電池可於比用習知 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 490437 芸以Η) 0 449 _專利S請寨 * A7 口文說明書修王頁（8 6芷3 r-… 五、發明説明（） 丨:沒 技銜之水溶液之氯化氫操作之電化學電池較高之溫度、於 指定之壓力下橾作。ire影反應之動力學及NAFI0N⑰之傳 導性。較高之溫度造豉較低之電池電懕：然而，由於電池 之元件使用之材料之性質，因此產生對於溫度之限制。例 如，當電池係於]2 0 Γ Κ上搡作時，卜丨A F I ϋ Κ ©瞑之性質改 變：——種聚合物電解冒_之性質使其難Κ於高於150 t:之 ’ 溫度橾作電池·:、用一種由^他材料(諸如一種陶瓷材料如 g咜- 土）製造之歸，於高於2 〇 〇亡之溫度操作電池係 可ϋΗ的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於龙發S3之第一或芎二種具體實施例中，一部份之無水 氡1’h氫於接羯電池之後可係未反應的，及可連同氯氣通過 ϋ極出口難開電池。此槪念係關於_ 3 S例說明，此處一 tf自實督上乾烽氯氣德環未反應之無水氯化氫之系统係Κ 40大致表示。應注意，可使用圖3之系統K自一 Μ個別之 實®上乾馍鹵素氣f| (諸如氟、溴或鹇）循環其他未反應之 無太鹵化氬*僅使罔氯氣作為一種代表性之鹵素氣。圖 3之系統將未反®之無水氯化氫循環冏第-一種具體實施例 之霄池1 0，其包括瞑丨2、陽極1 4、陽極室2 0、陰極1 Γ)及陰 择室2 β，如R上說明。霄池Η)亦包括具有於其中髟成之滾 動潢槽3 4、3 β之集霄器3 0、3 2。電池1 0亦包括一條進料無 水氡化氫之進料管線38及一條進料水之進料管線39，如Κ 上為第一積具體實施例說明。無水H C 1之未反應部汾及實 質h乾煥氯氣係自管_ 42離開電池10。無水HC 1之未反應 之摇份傜縛由於一種分辮方法中之一滴分辮器44而自實質 上乾烽氯氣分離，分離方法可包括蒸餾、吸附、萃取、膜 分離或任 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 490437 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（22) 何數目之已知分離技術。於實質上乾烽氱氣中之無水HC1 之分離、未反應之部份係通過一條如於圖3中表示之管線 45循環回電化學電池10之陽極入口 18*如於圖3中表示。 分離之氯氣通遇一條管線46離開。於圖3之糸統中•氫氣 (H2)通過如關於第一種具體實施例說明之陰極出口 28及通 過一條管線48離開電池10。過量之水亦可通遇陰極出口 28離開，於此處其係於一個液氣分離槽（knock-out tank) 49中自氫氣分離及通過一條管線41循環至陰極入口 24。分離之氫氣通遇一條管線47離開。應瞭解，於國3之 糸統中，除_了氧氣（02)將自進料管線39進入陰極入口、及 Μ氣體形式之水（H20 (氣體））連同任何氮及未反應之氧將 雠開陰極出口以外，或者可使用本發明本發明之第二種具 體宵施例之電池。 一種如於以上圖3中表示之系統之修改，包括將已自未 反應之無水氛化氫中分離之實質上乾燥氛氣循環至一種合 成方法中，於此種方法中氯係一種反應物而無水氯化氫係 一種副產物。此種修改係於圖4中舉例說明，此處一種將 分雛之氯氣-循環至一種合成方法之系统係Μ 50大致表示。 系統50包括如Μ上說明之系統40 *及一種合成成方法52與 如Κ下說明之與其相關之其他構件。實質上乾燥氯氣係通 過如Μ上說明之一條管線46循環至合成方法52。其他反應 物入口管線係Μ 54及56表示。例如，於一種氫氟化作用方 法中，入口管線54可帶入烴，及入口管線56可帶入氟化氫 (HF)。氟化烴、未反應之HF及無水氯化氫通過一條管線 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • βι-ϋ m_i til— —ϋ I TJ ^ϋ— ml In ϋϋ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 A7 文說明書修ιΕ盲（8 6年3 % j 五、發明説明（
58蘗闢方法52，及係於一涸分離器β〇中經由任何已知之分 鐽方法分難。無水氯化氫係通過一條管線β8進料至陽極入 □〗S及與一種於管線45中之循環物質流組合，如於圖4中表 示：氧化之烴及未反應之H F經由一條管線6 2離開分離器SO .¾流動至一個另外之分離器64,其將氟化烴自未反應之 HF分雜，氟化tf通過一絛管線66離開分離器Γ)4。未反應之 H F係通過與\ □管請5 6連屬之管線β 7而循環回合成方法52 。亦可使用此種系統，Κ將氫氯氟碳化物或氯氟碳化物加 上氫及一《氫氯化作用催化劑引入，Κ製造氯化氫。當然 ，沪圖4之系统中選擇地使用第二種具體實陁例之電池，具 有坑！ Κ上提及之關於系统之差異，係於本發阴之範圍內。 龙發明將經由下列實例而闉明，實例完全係用κ作為本 發之典型。於Μ下敘述之實例中，顯示已經由對於不同 Ζ霄極材料、溫度、及不同之搡作方式搡作本發明之第一 鐘具體實旌例而獲得之莫些结果之實驗數據。更特定言之 ，於吮奪實驗中，對於三種不同之溫度及對於_ Μ不同之 電極材料潮量電流及電池電泣。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於下列實例中使闬之電極/_總成係自瓦耳散 (Wa Uham)、蔌fi諸塞州之金那（G i ner ‘1公司市眄的，如 膜及霄極總成（ME As)每平方厘米包含0.3 5毫克貴重金屬及 整體地黏结至.W H +彤式之HAF ION® 117膜。如於美國專利 第4 . 2丨0 , 501號中敎逑之電極亦可與本發明使闬：於製造 餌太發明使甩之電極中使闬其他已知之金化技Μ，亦係 於尨發明之範圍內。例如，於特許予菲得奇之美國專利第 2 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 490437 A7 B7五、發明説明（24 ) ^ 4，959, 132號中使用之技藉，通常稱為浸漬作用-遒原作 用’係一種與本發明使用之適合之方法。或者，可使用金 鼷化技藝，如於日本專利公告第38934號（於1 980年公佈 )及氫能雜誌（J, Hydrogen Energy, 5, 397 (1982))中 敍述。 啻例ΐ 於本實例中，一種產生氛及氫之非一穩定狀態電化學實 驗（即，對每種罨位設定5分鐘之期間）係於一種1厘米 X 1厘米尺寸之電化學電池中進行。使用Μ碳增加分量之 鉑（Pt)作為陰極及於陽極中使用Μ碳增加分量之氧化釕 (Ru〇2)〇陽極及陰極每個包含0·35毫克/平方厘米貴重金 覇。陽槭及陰極皆係黏结於膜，其係由NAFI0N® 117製造 。來自電源之電位係Μ0.10伏特增加量自1.0至2.0伏特 分段增加。於每個0.10伏特增加，維持電位歷時5分鐘。 於三種不同之溫度（即40C、60t!及801C)記錄於指定之電 池電位之電流反應，俾能評估此種變數對於電池性能之重 要性及係於Μ下表1中敘述。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^衣 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） A7 B7
490437 五、發明説明（Θ ) 蓋_1 電m 重-流值 [伏特1 [毫安培/平方厘米 ] 40 t： 6 0^ / 801Π 1 . 1 24 35 10 1 . 2 112 140 55 1 . 3 250 265 135 1 . 4 380 410 240 1 . 5 540 540 340 1.6 " 585 620 440 1 . 7 640 610 540 1 . 8 660 760 630 1 . 9 700 700 2 . 0 770 750 ^Μ2 _· « —裝 訂 (請先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 於本宵例中，一種產生氯及氫之穩定狀態電化學實驗（ 即，對於每種電位設定7至20小時之期間）係於一種1厘 米 X 1厘米尺寸之電化學電池中·進行，如於實例1中。使 用Μ碳增加分量之鉑（Pt)作為陰極，及於陰極中使用Μ碳 增加分量之氧化釕（Rii〇2)。亦如於實例1中，陽極與陰極 每個包含0.35毫克/平方厘米貴重金靨，及陽極與陰極皆 係黏结於NAF Ι0Ν® 11 7膜。來自電源之電池電位係維持於 指定之值歷時一段長時間，即7至20小時。此外，於三種 不同之溫度（即401、601 &80t)記錄於指定之電池電位 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：Ζ97公釐） 490437 Α7 Β7 五、發明説明（26 ) 之罨流反應，及係於以下之表2中敘述。S._2_ 電1霍 [伏特1 雷潦倌 [毫安培/平方厘米] .6 40ΊΠ 60Τ! 80Π 200 210 210 310 250 250 380 380 470 460 540 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 啻例：Γ 於本實例中，一種產生氛及氫之非一穩定狀態電化學實 驗（即，對每種電位設定5分鐘之期間）係於一種1厘米 X 1厘米尺寸之電化學電池中進行’如於以上實例中。於 本宵例中，使用Μ碳增加分量之鉑（Pt)作為陽極及陰極。 陽極及陰極每涸包含0.3 5毫克/平方厘米貴重金靥。陽極 與陰極皆黏结於膜，其係由NAF Ι0Ν® 117製造。來自電源 之雷位係M_〇.10伏特增加量自1.0至2.0伏特分段增加。 於每個0.10伏特增加，維持電位歷時5分鐘。於兩種不同 之溫度（即40 C及6〇1〇)記錄於指定之電池電位之電流反應 ，及係於Μ下之表3中敘述。 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I—.-----^裝------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 A7 B7 經濟部中央樣準局負工消費合作社印製 五、發明説明（27 ) ^1 流值 [伏特] [毫安焙/平方厘米 40^ 60 t! 1 . 1 25 30 1 . 2 96 125 1 . 3 200 260 1 . 4 310 395 1 . 5 425 500 1 . 6 " 520 610 1 . 7 600 685 1 . 8 670 720 1 . 9 725 760 2.0 780 780 於本實例中，一種產生氛及氫之穩定狀態電化學實驗（ gp，對於每種電位設定7至20小時之期間）係於一種1厘 米 xl厘米尺寸之電化學電池中進行，如於Μ上實例中。 於本實例中，使用Κ碳增加分量之鉑（Pt)作為陽極及陰極 。陽極及陰極每個包含0.35毫克/平方厘米貴重金羼，陽 穰及陰極皆係黏结於膜，其係由NAFI0N® 117製造。於本 實例中，來自電源之電池電位係維持於指定之值歷時一段 摄時間，即7至20小時。此外，於三種不同之溫度（即 40t!、60t!及80t!)記錄於指定之電池電位之電流反應， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 丨·--,-----®裝------訂----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 490437 A7 B7 五、發明説明（2δ ) 及係於K下之表4中敘述。 ^_4. 鬣 雷澝倌 [伏特] [毫安培/平方厘米 3 401 ! 60T! 8〇r： 1 . 3 240 1 . 4 300 350 330 1.5 400 450 380 1 . 6 495 520 1.7 ' 560 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 此等實例之结果表示，可超越通常於習知技術中獲得之 性能之雷化學電池性能。 對於熟諳此藝者*另外之優點及修改將方便地產生。因 此本發明，於其較廣泛之態樣，係不受限於特定之细節、 代表性之裝置及顯示與說明之舉例說明之實例。於是，可 自此等细節改變而不違背如由附隨之申請專利範圍及其相 當文件定義之一般發明槪念之精神或範圍。 -31- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 490437 皂幻10祕67號尋利田請案 Φ文由請專利範圍修正*(8β年3月） Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 5 . yVCir^-? ’i nj 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 β . 一種自實誓上無水鹵化氫直接製造實質上乾燥鹵素氣體 之方法*其中： (a )將實質上無水鹵化氫之分子進料至一種電化學電 池之一個人口及_送至電池之一個陽極； (b )將實質上無水鹵化氫之分子於陽極氧化K製造簧 質上乾燥鹵素氣體及質子； (c')將質子通過電“fc學電池之一片陽離子輸送膜輸送 ;及 ' (d )將輸送之質子於陰極選原。 根據串請真利範圍第1項之方法，其中製造鹵素氣體之 南化氧係選自包括：氯化氫、溴化Μ、氟化氫及礤化氫 Ο 根據Φ請專利範圍第1項之方法，其中將輸送之質子還 原Μ生成氫氣。 根檫归請專利範圍第1項之方法，另外包括维持賴之陰 極面濕潤之步驟，以增加質子通過膜輸送之效率。 根撺串請專利範圍第丨項之方法，其中將一種包含氧之 氣體於膜之陰極面引進及將質子與氧於陰極面還原Κ生 成水。 根撺申請專利範圍第5項之方法，其中包含氧之氣體包 含下列之一種：空氣、氧、及富含氧之空氣。 根據串請專利範圍第1項之方法，其中一部份之無水鹵 化氮於接觸霄池之後係未反應的，及將未反應之鹵化氫 之部份自實質上乾惶_素氣體分離竑循環至霄ib學電池 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .«裝· 訂 -樣 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 490437 ABCD 々、申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 8 . 根據申請專利範圍第1項之方法，其中將實質上乾燥齒 素氣體循環至一種製造無水鹵化氫作為一種副產物之合 成方法。 9 . 根據申請專利範圍第7項之方法，其中將實質上乾燥齒 素氣體循環至一種製造無水鹵化氫作為一種副產物之合 成方法。 4 1 0 . —種用K自實質上無氷鹵化氫直接製造實質上乾燥鹵素 氣體之電化學電池（1 0 , 10 ’），包含： U )將賁質上無水鹵化氫之分子氧ib K製造實質上乾 燥鹵素氣體及質子之裝置（1 4 , 1 4 ’）； (b )藉以輸送質子之陽離子輸送裝置（1 2 , 1 2 ’），氧化 装置（1 4 , 1 4 ’）係配置以與陽離子輸送装置（1 2 , 1 2 ’）之一 面接觸； (c )將輸送之質子還原之装置（1 6，1 6 ’），遷原装置係 配置Μ與陽離子輸送装置（1 2 , 1 2 之另一面接觸。 1 1 .根據申請專利範圍第10項之電化學電池，另外包括將實 質上無水鹵化氫之分子輸送至氧化装置（14,14’）之装置 (18,18，）。 1 2 .根據申請專利範圍第1 0項之電化學電池，其中氧化装置 是一種陽極（14,14’），還原装置是一種陰極（16,16’）， 及陽離子輸送装置是一種陽離子輸送膜。 13.根據申請專利範圍第12項之電化學電池，其中陰極 (1 6 , 1 6 ’）及陽極（1 4 , 1 4 ’）包含氣體-擴散電極。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 490437 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 4 .根據Φ請專利範圍第1 2項之電化學電池，其中陽極 ί 1 4，丨4 ’）及陰極Π 6 , 1 6 ’）包含一種鄰接陽離子輸送膜 Π 2，1 2 ’）之表面配置之電化學活性材料。 1 5 .根據由請專利範圍第1 4項之電化學電池，其中一種電化 學活性材料之薄_直接施加至膜（12,12…。 1- β .根據Φ請專利範圍第1 4項之電化學電跑，其中電化學活 性材料係沉積入_ (1 2 ’）中：， 1 7 ·根搏Φ請專利範圍第Γ4項之電化學電池，其中電化學活 性材料包含一種於·一種載體材料上之倦化劑材料。 〗8 .根铸串請專利範圍第丨7項之電丨b學電池，其中載Μ材料 1 9 .根撐Φ請專利範圍第1 7項之電化學電池，其中催ib劑材 料包含下列之一種：鉑、釕、餓、鍊、铑、銥、鈀、金 、钛與锆，及其之氧化物、合金與混合物。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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