TW563269B - Novel fuel cell cathodes and their fuel cells - Google Patents

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563269 A7 B7 五、發明說明（i ) --—— 【相關申請案】 本申凊案係為美國專利申請序號〇9/524，丨1 6之部 分續案，該美國案申請曰為2〇〇〇年3月13曰，且係 讓渡給與本申請案相同的受讓人。 ' 【發明領域】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明一般而言係關於供燃料電池用之有用的陰 極活性材料，尤其關於它們作為供歐凡尼克（〇vonic) 瞬間起動鹼性燃料電池用之陰極材料之用途。這些發 10明的陰極在燃料電池設計方面，會藉由利用還原/氧化 (氧化還原作用）對（例如金屬/氧化物對），或者提供較 佳是氧的電化學氧化劑給燃料電池電解質以供電化學 ’’燃燒’’用之簡單對，而開啟了極大的自由度。這些氧 化還原對係由於它們的電化學電位，而為燃料電池提 15供增加之操作電壓，此操作電壓係藉由改變所使用之 氧化還原對而得以調節。此外，氧化還原對為燃料電 池提供了將氧化劑儲存在電極内的能力，此能力不僅 提供瞬間起動，而且能在需求暴增期間提供短期暴增 的能量，亦允許再生式能量之再捕獲。 20 【發明背景】 本申請案首次提供氧電極，以及使用這種電極之 燃料電池，其乃使用氧化對以產生廣泛的操作電壓可 供選擇。具體言之，本案發明人已決定某些材料，這 •3 - 本紙張尺度適國家標準(CNS)A4規格⑵Q χ 297公楚） ^1082-發明說明 563269 A7 B7 五、發明說明（2) 些材料係與氫系電極結合使用，尤其與歐凡尼克氫儲 存材料所建構之那些電極結合使用。這兩者在組合之 狀態下會產生高性能之燃料電池，這種燃料電池具有 在氫電極與氧電極内之氫儲存容量，其方利用低成本 5 (相較於傳統白金電極而言）之氧化對。這種氧化對允 許特定範圍之電化學電池之操作電壓（具有寬闊操作溫 度範圍）之選擇，並允許藉由使用在歐凡尼克氫電極之 材料中可得到的短序（Short-range order)之氫儲存能力 以提供瞬間起動之機會。 10 隨著世界人口的膨脹，越需要大量能量以提供所 有國家盼望的經濟成長。傳統的能源係為化石燃料， 其在消耗時，會製造出相當大量的二氧化碳與其他更 直接之有毒原料，包含一氧化碳、氧化硫、以及氧化 I。二氧化碳之大氣濃度的增加正逐漸暖化地球；並 15 逐漸製造出全球氣候改變之惡靈。現在所需要的正是 不會促成這種難題之能量產生裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 燃料電池係為一種直接將供應氣體之能量轉換成 電能之能量轉換裝置。採用氫之高度有效的燃料電 池，尤其憑藉著它們的單純燃燒產物的水，似乎是目 20 前典型的動力產生裝置之理想的替代物。研究者已主 動研究這種裝置，以利用燃料電池之潛在的高能量產 生效率。 燃料電池之基本單元係為具有陰極、陽極與適當 電解質之電池。燃料電池具有多數的電壓應用，例如 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 563269 五、發明說明（〇 供應電源給運輸車輛，取代汽輪機以及所有種類之電 源供應器應用。雖然它們在表面上看似簡單，但許多 問題已經妨礙燃料電池之普及使用。 目前’大部分燃料電池之研發係集中在 5 Ρ·Ε·Μ·(質子交換膜（Proton Exchange Membrane))燃料 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電池上。可惜的是，Ρ·Ε·Μ·燃料電池的轉換效率相當 低並具有許多其他缺點。例如，供系統用之電解質是 酸性的。因此，貴金屬觸媒係為供系統之電極使用之 唯一有用的活性材料。不幸的是，貴金屬不僅昂貴， 10而且它們亦容易因多數氣體（尤其是一氧化碳（co))而 中毒。又，因為Ρ·Ε·Μ·燃料電池電解質之酸性本質， 所以燃料電池之結構材料之其餘材料需要與這樣的環 境相容，這又增加其成本。質子交換膜本身相當昂 貴，且因為其於80°C以下之溫度下具有低質子導電 15性，所以當PEM於低溫下幾乎不作用時，本質上限 制住Ρ·Ε·Μ·燃料電池之電力性能與操作溫度範圍。 又，薄膜對高溫敏感，且於12〇°c下開始軟化。薄膜 的導電性視水而定，且於較高溫度下變乾，從而導致 電池故障。因此，對於商業/消費者使用而言，p.EM. 20燃料電池具有許多缺點，這些缺點使其變得有些不受 歡迎。 習知之鹼性燃料電池具有超越ρ·ΕΜ•燃料電池之 某些優點，因為它們具有較佳運作效率，它們使用較 不昂貴的結構材料，且它們不需要昂貴的薄膜。鹼性 -5- 五 發明說明（4) 燃料電池在電解質中亦具有相當高的離子導電性，因 此其具有更高的供電能力。雖然習知之驗性燃料電池 係比PEM燃料電池對於溫度來得較不敏感，但習知 之，性燃料電池電極之白金活性材料於低溫下會變成 非名低效率。不幸的是，習知之鹼性燃料電池本 然具有許多缺點。 舉例而言，習知之鹼性燃料電池仍然在兩個電極 上使用昂貴的貴金屬觸媒，如同在pem•燃料電池 中，電極易受氣體污染物之影響而中毒。習知之鹼性 W燃料電池亦易受碳酸鹽之形成影響，這些碳酸鹽係來 自於由陽極碳棒基板之氧化作用所製造出的c〇2或經 由燃料中的雜質與於電極所使用之空氣而產生的 C〇2。這種碳酸鹽之形成妨礙了電解質/電極表面，並 減少/消除其活動。於此所說明之本發明會消除來自該 15 陽極之此種問題。 人 就像蓄電池（battery)—樣，燃料電池係藉由利用 電化學反應而運作。不像化學能量係儲存在電池内之 蓄電池的是，燃料電池一般而言係被供給來自電池外 f的反應物。除電極故障以外，只要是供應燃料（較佳 2〇疋氫與氧化劑，一般是空氣或氧）並移除反應生成物， 電池就能繼續運作。 燃料電池提供一些超越内燃機或發電機系統之重 要優點。這些優點包含：相當高的效率；特別在利用 氫作為燃料時之不污染環境的運作；高可靠度；少數 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t 563269 Α7 ----〜— —_B7___ 五、發明^""7^ 一 的移動零件；以及安靜的運作。燃料電池可能比其他 基於卡諾循環（Carnot cycle)之習知動力源來得更有 效。 典型的燃料電池之主要元件，係為供氫氧化用之 5陽極與供氧還原用之陰極，兩者係被安置在一個包含 電解質（例如鹼性電解溶液）之電池中。一般而言，例 如氣與氧之反應物係分別經由多孔性陽極和陰極被送 入’並變成與電解溶液呈現表面接觸。供陰極與陽極 利用之特別材料是很重要的，其乃因為它們必須作為 10供發生反應用之有效觸媒。 在一種鹼性燃料電池中，於陽極之反應係發生在 氫燃料與存在於電解質中之羥基離子（〇H-)之間，其會 起反應以形成水並釋放電子： H2 + 20H- — 2H20 + 2e' E〇 = ^0.828 v 15 在陰極處，氧、水與電子係在陰極觸媒存在的情 況下起反應，用以還原氧並形成經基離子（〇Η·) ·· 02 + 2H20 + 4e· — 40Η· E〇 = -0.401 γ 因此，總反應為： 2H2 = 〇2 2 2Η20 Ε0 = -1.229 ν 20 於此係利用電子之流動以為外部連接至陽極與陰 極之負載提供電能。 吾人應注意到，所需要之驗性燃料電池之陽極觸 媒並非僅僅用以使Η+離子與oh-離子起觸媒反應以產 生水。首先，陽極必須起觸媒作用，並加速從η2形 -7· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 X 297公楚）

563269 A7 B7 發明說明（6) 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 成H+離子與e·。這會經由從分子氫形成原子氫而發 生。整體反應可簡化並表示（其中M係為觸媒）如下：M + H2 — 2M…Η — M + 2H+ + 2e- 因此，極觸媒必須不僅有效地使電化學反廡起 觸媒反應以供在電解質界面形成水，而且必須有效地 使分子氫分解成原子氫。藉由使用習知之陽極材料， 分解的氫係過渡的，而且如果在氧化反應中並未很有 效地使用氫原子，則氫原子可以容易地再結合以形成 氫。關於本發明的瞬間起動燃料電池之氳儲存陽極材 料，在它們一被製造出時，氫就會以氫化物之形式儲 存，然後就所需來使用以提供電力。 除了兩個界面上受到有效催化以外，催化材料必 須抵抗鹼性電解質之腐蝕。在沒有這種抗蝕力的情況 下，電極將快速地屈服於惡劣環境，且電池將快速地 失去效率並作廢。 一種習知技術之燃料電池陽極觸媒係為白金。儘 官白金具有良好的催化特性，但白金並不是非常適合 作為供燃料電池陽極用之觸媒之大規模商業使用，其 乃因為其非常高的成本、可取得性、以及有限的全球 供給量。又，像白金一樣的貴金屬觸媒，亦無法抵抗 因通常包含於氫燃料流中之雜質污染。這些雜質可包 含一氧化碳，而一氧化碳可能存在於氫燃料或包含於 電解質中之例如雜質之污染物中，這些污染物通常包 含於包括鈣、鎂、鐵與銅之未處理的水中。

訂 563269 A7 五、發明說明（7 ) 上述污染物可導致所謂的”中毒”效應。中毒發生 在材料之催化活性部位因常常包含於燃料電池中之有 母物貝變成失去活性之處。一旦催化活性部位失去活 性，它們就不再可被利用來作為提供於陽極之有效氫 5氧化反應之觸媒。因此，因為可利用的催化活性部位 之總數因中毒而大幅降低，所以降低了陽極之催化效 率。此外，催化活性之減少導致陽極之過量電壓的增 加，因此電池更加沒有效率，並大幅增加運作成本。 過量電壓係為在某些條件之下的實際工作電極電位與 10其^衡值之間的差異，過量電壓之物理含意係為克服 於陽極之表面通過電流之電阻（電荷轉移電阻）所需之 電壓。過量電壓代表增加燃料電池之運作成本之不受 期望的能量損失。 & 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在相關的發明中，美國專利4,623,597號（，597號 15專利）以及在其家族中的其他專利（其揭露書係藉此列 入參考資料），本案發明人之其中一位（Stanf〇rd r Ovshinsky)首次說明了用以作為電化學電池之負電極 之無序多成分氫儲存材料。於此專利中，〇vshinsky 說明了無序材料如何被調整（亦即，原子工程），使其 2〇大幅增加氫儲存與可逆性特徵。這種無序材料係為^ 晶系、微晶、中間範圍有序，及/或多晶矽（缺乏長範 圍組成有序）’其中多晶石夕材料包含拓撲、組成、轉 移，以及位置的修改與無序。$些無序材料之活性材 料之架構由包含-個或更多元素之主基f(h〇stma㈣ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公爱） 563269 五、發明說明（8) 與併入此主基質中之調節物（m〇difier)所組成。這些調 節物提高了所產生之材料的無序，從而建立更大數目 與範圍之催化活性部位與氫儲存部位。 ’597專利之無序電極材料係藉由許多技術而由輕 量、低成本之元素所形成，這些技術確保形成主要非 平衡亞穩相，而產生高能量、高電力密度與低成本。 所產生之低成本、高能量密度之無序材料，允許電池 最具優勢地被利用作為二次電池，但亦作為一次電 池。 10 15 20 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 ,597專利之材料之局部構造有序與化學有序之調 整，對於達到期望特徵而言是極重要的。，597專利之 =極之改善特徵係藉由處理局部化學有序以及局部構 造有序所達成，其乃藉由將所選擇調節物元素併入主 基質，用以建立期望的無序材料。無序容許在一種材 料内有型式與數目兩種自由度，這是在習知材料中無 法取得的。這些自由度急遽改變一種材料之物理、^ 造、化學與電子環境。，597專利之無序材料具有期望 的電子構造，其會導致多數個活性部位。館存部位之 本質與數目係被設計成獨立於催化活性部位。 多執道調節物元素（譬如過渡元素）係由於各種可 得到的鍵結構造而提供數量大幅增加的儲存部位 而導致能量密度的增加。此調節技術特別提供 同變化程度之獨特鍵結構造所提供之無序之 料、軌道重疊以及鍵結部位之範圍。由於不同程度之 •10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21G χ 297公髮） 563269 A7 B7 五、發明說明（9) 軌道重受與無序構造，微量的構造重新配置會在充電/ 放電周期或在匕們之間的休息期間發生，導致長周期 與閒置壽命。 597專利之改良電池把具有特製的局部化學環境 材料考慮在内，這種局部化學環境係被設計成 =南電化學充電與放電效率，以及高電荷輸出。藉 二J用：種可依據，597專利以其他元素化學調節之主 二貝’以建立密度大幅增加的電催化活性部位與氣儲 存部位，係可能執行對材料之局部化學環境的控制。 子摄利之無序材料係被設計成具有不平常的電 一 _把^/、乃由組成原子與它們各種軌道之變化產生 二次70S互作騎引b無序乃源 置與轉移關係。利用所選擇的元素以更進一步ί由 :與這些軌道的交互作用修改無 15局部化學環境。 ^ Α 由這些構造所產生之内部括樸亦允許原子 =性擴散。於，597專利中所說明之該發明可使 ==別用途的理想材料，其乃因為可獨立控： 存部位之型式及數目。所有的前述特 產生唯一的新材料。 俾月匕 無序可以是成無序或結❹ 質，上述之無序乃設置遍及大部分:： 科之許多區域中。無序村藉由在材料之内建立= ίο 裝 訂 它 的 20 -II- 本紙張尺度適_ B家標準^^4規格（2w χ撕公$ 563269 A7

563269 A7 B7 五、發明說明（11) 反應物流之污染物而中毒，以及能夠在廣大溫度範圍 内運作。在燃料電池之演變中的下一個階段，將是尋 得適當的材料以置換習知燃料電池之昂貴的白金陰極 觸媒。其亦將有利於提供陰極儲存化學能量之能力（可 5 能以化學結合氧之型式），以輔助燃料電池之瞬間起動 與再捕獲能量。因此，在習知技藝範圍内，對於這種 材料存在有需求。本申請案所說明之本發明係因為其 提供此種電化學電池之發展過程中之下一個階段而顯 得意義深遠。關於本發明，氧電極係可從可利用之可 10 能的氧化還原對的廣大選單中被選出。除了提供化學 能量之儲存以外，這些氧化還原對係藉由明智選擇所 使用之氧化還原對而允許吾人能選擇燃料電池之操作 電壓。 15 【發明之概述】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之目的係為一種燃料電池，其具有瞬間起 動之能力，並可接收例如藉由作為電解器而反向運作 之再生制動之再捕獲之能量。瞬間起動燃料電池具有 增加之效率與電力利用率（較高的電壓與電流），以及 20 在操作溫度範圍（-20至150°C)之急遽增進。本發明之 燃料電池亦具有優於習知技術之燃料電池之額外自由 度，其乃在於可將電池之電壓輸出予以特定化，而且 它們亦能能儲存再生之能量。 本燃料電池之陰極係經由氧化還原反應之機制運 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 563269 A7 B7 五、發明說明（12) 作，其能獨特提供多重自由度以供選擇這些燃料電池 可利用的操作電壓。這些陰極可對使用它們的燃料電 池（尤其是鹼性燃料電池）提供儲存在陰極本身内之化 學能量之位準。這意味著這些燃料電池在陰極之内一 5 直具有可利用的”緩衝”或”電荷”。 燃料電池陰極包含活性材料，其能經由氧化還原 對之機制而可逆地儲存能量。此電極具有第一表面區 域，其座落位置乃暴露至分子氧，且包含催化作用成 分，其能促進經由該第一表面區域與進入該活性材料 10 之氧吸收，以經由氧吸收而對該活性材料進行化學充 本發明之燃料電池陰極可利用氧化還原對，尤其 是選自於由銅、銀、鋅、鈷與鎘所組成之金屬群組之 金屬/氧化物對。另一種有用的氧化還原對係為上述之 15 氫氧化錄/氳氧化正鎳（nickel oxyhydroxide)對。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 燃料電池亦採用具有氫儲存容量之陽極活性材 料。陽極活性材料係為氫儲存合金，其具有對於從分 子氫形成原子氫之優越的催化活性，從氫離子與羥基 離子形成水之顯著的催化活性，並具有對於鹼性燃料 20 電池之鹼性電解質之異常抗蝕力。陽極活性材料亦是 廉價材料，且沒有包含任何貴金屬。這些材料很強健 並能抗毒。這些電極很容易藉由經過證明的低成本生 產技術而產生。陽極消除了碳棒於其中之使用，從而 有助於消除燃料電池之碳酸鹽中毒。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 五、發明說明（13) 10 15 20 在瞬間起動燃料電池中有用的陽極活性氫儲存合 金係可逆地吸收並釋放氫，且具有快速氫化反應速率 與長的儲藏壽命。氫儲存合金較佳是選自鹼土-巍合 金、稀土/鈽鑭合金、鍅合金、鈦合金或其汰合物。較 佳的氫儲存合金包含大量的起催化作用之鎳區域，其 乃配置遍及其微粒之氧化物表面。起催化作用的鎳區 域係為具有5G-70埃之直徑，並在接近2⑽埃（較隹 是5(M〇0埃）變化。這種合金之例子具有下述組成： (基合金）aCobMncFedSne，其中基合金包含〇」至⑽原 子百分比的鈦，G.1至4G原子百分比㈣，^至的原 子百分比的釩，0·1至57原子百分比的鎳，與0至56 原子百分比的鉻；b係〇至7·5原子百分比；e係13 至17原子百分比；“系〇至3.5原子百分比；“系〇 至1·5原子百分比；與a+b+e+d+e，原子百分比。 【圖式之簡單說明】 圖1A係為使用於本發明之燃料電池之 陽極之型式化概要描述； ^池 圖1B係為使用於本發明之燃料電池之 料電池陰極之型式化概要描述； 月的从 圖2係為在本發明之較佳實施 胃 =對陰極之瞬間起動驗性燃料電以 圖3a係為本發明之氧化還原陰極與對照陰極兩 -15. 五、發明說明（Μ) 者之陰極的電極雷# ^ ^ π (伙特）對電流密度（mA/cm2)之曲 線圖； Θ 係為優於對照陰極之本發明陰極之電麈（電 極之極化之減少）之百分比增進對電流密 5 曲線圖； 7 係為結合本發明之較佳實_之瞬間起動驗 性燃料電池的能量供應系統之型式化概要描述。 【發明之詳細說明】 10 15 、，本發明係關於透過氧化還原反應之機制運作的燃 料電池之陰極，其在選擇這種燃料電池可利用的操作 電壓以及依選擇可得到的多數可變與可逆氧化還原對 方面，獨特地提供多重自由度。這種陰極或可氧化電 極提供某種程度之陰極本身内之電化學能量館存給使 用它們的燃料電池（尤其是鹼性燃料電池）。這意味著 此種燃料電池在陰極之内具有總是可得到的反應物之 :緩衝”或"電荷”’尤其在與同時審理中的美國^請序 ，09/;524，116(其揭路係藉此列入參考資料）所說明的 氫儲存陽極結合下，通常會產生瞬間起動燃料電池， 而更明確會產生歐凡尼克瞬間起動鹼性燃料電池。這 種燃料電池在供瞬間起動（討論於下）之陰極中\具有 氫在陽極與陰極反應物（可能是氧）内之内建儲存了並 具有藉由用以作為電解器接收再生制動之能量=能力 (亦討論於下）。相較於習知技術之習知燃料電池，本 20 燃料電池具有增加的效率與增加的供電能力，同時急 遽地增加電池之操作溫度範圍⑼i 15Q<t)。本_ 電池易於裝配’並具有利用經過證明的低成本生產技 術之優點。 10 本發明亦關於燃料電池陽極與陰極，以及一個結 a本:U料電池之& 1供應系統。燃料電池陽極包含具 有固有催化活性與氫儲存容量之材料。陰極與陽極材 料並未包含任何貴金屬，因此本質上之成本低。陰極 與陽極材料係強健且耐用的，其對中毒有抵抗力。陽 極並未利用習知技術之碳棒基板。雖然本電極及其在 鹼性燃料電池方面之利用係詳細討論說明如下，但吾 人應注意到本發明之概念亦可應用至其他型式之燃料 電池（例如Ρ·Ε·Μ燃料電池）。 15 大致上，對於這種燃料電池陰極而言，氧在其一 側之連續供應基礎通常是可被陰極利用，於該處之催 化活性材料將分子氧轉換成原子氧，然後原子氧遷移 經由電極，被於電極/電解質還原以形成羥基離子。在 習知技術之陰極中，並未產生反應物之儲存。其乃因 為氧直接移動通過活性材料並於電極/電解質界面反 20應。在本發明之陰極中，氧係儲存於可逆氧化還原對 内的陰極中，然後可於陰極之電極/電解質界面表面獲 得。接著，經由與燃料之電化學反應，將可產生可利 用之電子。因此，燃料電池將提供氧化還原對之固定 供電電Μ特徵，或電化學可逆的氧化還原作用系統（例 -17- 本紙張尺度適財國國家標準(CNS)A4規格公爱） 563269 A7

563269 A7 B7 五、發明說明（17) 述所揭露的氫氧化鎳/氫氧化正鎳對。 、本發明之燃料電池陰極亦包含-種催化材料，其 促進並加速分子氧解離成原子氧（其係與氧化還原對起 反應）。-種特別有用的觸媒係為碳。如以下所探討 5的，此種碳應該是極具多孔性且可導電。 陰極亦而要阻矣巴裝置以隔離陰極之電解質或满濕 側與陰極之氣態或乾燥側。達成此種目的之有利裝置 藉由包含疏水成分，其包含鹵化有機化合物，尤其 是在電極内之聚四氟乙烯（pTFE)。 10 這些燃料電池陰極亦可包含延伸在該活性材料内 之電流集電器或電流收集系統。如以下所將探討的， 電流集電ϋ可能包含導電網、柵極、料或膨服金 屬口人可月匕依據電極製造或生產系統需要，而選擇 這種收集系統。 15 、本發明之燃料電池使用具有氧化還原對之陰極， 尤其與’116中請案之氫儲存陽極結合，以提供從外部 電路進入該燃料電池之再捕獲反向電力流之能力，這 會電解地產生氳與氧，其乃經由在陰極中之氧化還原 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對之機制與在陽極中之氫儲存材料而得到吸收與儲 20 存。 這種燃料電池在作為一系統時，可更包含電解質 凋整裝置用以調整電解質。此種電解質調整系統不僅 將凋谛電解質之溫度（供最佳燃料電池性能），亦將從 電解貝中移除水。因為產生的水係為燃料電池之電化 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇χ297公釐） ------ 563269 A7 B7 五、發明說明（18) 學燃燒的副產物，所以需要移除水。如果不移除這種 水的話，將會稀釋電解質，從而妨礙燃料電池之最佳 性能。 這些燃料電池在作為一系統時將更包含：氫供應 5 源，其包含用以連續供應燃料（尤其是分子氫）至陽極 之第一表面區域之裝置；氧供應源，其包含用以連續 供應分子氧至陰極之第一表面區域之裝置；以及電解 質調整系統，其包含用以連續調整電解質之裝置，藉 以起動作為電力源之燃料電池之連續運作。 10 許多氧化還原對會存在，並可被使用以形成本發 明之陰極。當使用這種氧化還原對時，從氧化形式到 還原形式之循環轉變會重複且連續達成。從實際觀點 看來，經得起此種循環之能力是較佳的。雖然不希望 受到理論約束，但發明人相信表示燃料電池之氧系的 15 多數可得到反應之某些方程式係表達如下。 使用一種氫氧化鎳/氫氧化正鎳氧化還原對： NiOOH + 2Ni(OH)2 2NiOOH + H20 Ni(OH)2 c + o2-> c."o(吸附氧之中間步驟） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C…Ο + 2Ni(OH)2 2NiOOH + H20 + C， 20 或在再生制動或其他充電輸入期間：

Ni(OH)2 + e' + H20 -> 2NiOOH + ΟΗ-H2 + 20H' 2H20 + 2e 藉由使用一種銅/氧化銅對，以下被認為是有用的 燃料電池氧系反應： -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐） 563269 A7 B7 五、發明說明（19) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 c + H20 + e- c…Η (吸附氫）+ 011· 2C...H + CuO C + Cu + H2O 2Cu + 〇2 —> 2CuO 藉由使用一種銀/氧化銀對，以下被認:為是 燃料電池氧系反應： 用的 c + H20 + e- 4 c…Η (吸附氫）+ (^-2C...H + Ag2〇 2C + 2Ag + H20 4Ag + 〇2 — 2Ag2〇 藉由使用一種辞/氧化辞對，以下被認為是 燃料電池氧系反應： 的 c + H20 + e· — c…Η (吸附氫）+ 〇1^ 2C...H + ZnO C + Zn + H2O 2Zn + 〇2 —> 2ZnO 藉由使用一種鎘/氧化鎘對，以下被認為是有 燃料電池氧系反應：c + H20 + e- C〜H (吸附氫）+ 〇]9[-2C...H + CdO C + Cd + H20 2Cd + 〇2 —> 2CdO 如先如所注意到的，預先之反應組提供一些例示 的氧化還原對反應，其對於使用本發明之電極^燃料 電池之空軋或氧系將是有用的。這些例子之提供只是 =了證明有用的氧化還額；此清單當然:既不是= 这漏的，也不是意圖作如此之限制。其他多數的氧化 還原對亦是可利用的，並且將有用的應用在本發明的 -21- 本紙張尺度準(CNS^^^7Ii7 10 15 20 裝 訂 563269 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 A7 五、發明說明（2〇) 氧系電極上，氧系電極因而在所說明的發明的燃料電 池方面很有用。 藉由定量這些對當中的少數對之有用益處，吾人 應注意到銅/氧化銅對之使用將產生每個電池大约〇.8 5 v之電壓；銀/氧化銀（+2氧化狀態）將產生每個電池大 約〇·9 v之電壓；鎳氫氧化合物/氫氧化鎳將產生每個 電池大約1 ν之電壓。吾人亦應考量到存在有一些複 合氧化物，其將產生不同電池電壓，甚至更進一步擴 大可利用的工作電壓。高鐵酸鎳（NiFe04)係為一種這 1〇樣的氧化物，其複合體（c〇mplex)係可得到的以供使 用，且其電壓貢獻將是大約丨伏特。這種與其他"混 合"氧化物複合體提供其他有用的電壓以作為/本發明 之-部份。以前所討論的氫氧化正錄/氫氧化鎳係為另 -種有效地複合氧化㈣統。這㈣統巾之某些提供 15唯-的多段式反應，其可能具優勢地應用在本發明之 實施上。 於陰極處，氧、水與電子係於陰極活性材料存在 下起反應，用以還原氧並形成羥基離子（〇h_): 〇2 + 2H20 + 4c 40H' 電子流純洲以為外料接㈣極與陰極 載扼供電能。吾人可__負载㈣足許多、 :些需：包括(但並未受限於)動力驅動車輛 置、加熱或冷卻裝置、電紅具、娱樂裝置、 他耗電裝置（不勝枚舉）。 及其

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本紙張尺㈣帛t關家標準(CNS)A4規$7^ 297公楚"7 563269 A7 B7 五、發明說明（21) 為了製k燃料電池，方才說明（採用多數氧化物或 氧化還原對之任何一個）之陰極係與陽極或氫電極聯合 使用。雖然可能與本發明的陰極一起使用任何功能^ 氫電極，但本發明之燃料電池之較佳實施例係將包含 5採用氫儲存合金活性材料之陽極。吾人應注意到較佳 的鹼性燃料電池之陽極觸媒並非僅僅使Η+離子與〇ir 離子起觸媒反應以產生水。首先，陽極必須起觸媒反 應，並加速從Η2形成Η+離子與e·離子。這會經由從 分子氫形成原子氫而發生。整體反應可視為如下（其中 10 Μ係為氫儲存陽極活性合金材料）： Μ + Η2 — Μ…Η — ΜΗ — Μ + Η++ e- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 亦即，分子氫（¾)係轉換成吸附至陽極表面上之 原子氫（M…H)。此種吸附氫很快速地被轉換成大部分 氫儲存合金中之金屬氫化物（MH)。此種氫化物材料接 15著被轉換成釋放電子^之離子H、離子氫係與電解質 中之羥基離子起反應以產生水，且電子係被釋放而進 入外部負載電路中。因此，陽極觸媒不僅必須有效地 於電解質界面對水的形成起觸媒作用，而且必須有效 地將分子氫分離成離子氫。藉由使用習知之陽極材料 20來離解氫是不穩定的，而如果氫原子並未在氧化反應 中非常快速地被使用，則氫原子可容易地再結合以形 成氫。關於氫儲存陽極材料，氫化物一產生，氫就會 以氫化物的形式被儲存。當氫被電化學地釋放進入電 解質時，接著依所需使用氫以提供燃料電池的電力輸 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 ^297公釐) ' 563269 A7

出。 除了在兩界面能有效催化以外，催化材料必須抵 抗因驗性電解質之腐蝕。在沒有這種抗蝕力的拾況 下電極將快速地屈服於惡劣的環境，且電池將快速 地喪失效率並作廢。 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 一種習知技術之燃料電池陽極觸媒係為白金。儘 官白金具有良好的催化特性，但因為其成本很高，所 以並不很適合作為供燃料電池陽極用之觸媒的大規模 商業使用。又，像白金之貴金屬觸媒亦無法抵抗通常 包含於氫燃料流中之雜質的污染。這些雜質可包含一 氧化碳（其可能存在於氫燃料中）或包含於電解質中之 污染物，例如通常包含於含有鈣、鎂、鐵與銅之未處 理的水中之雜質。 上述污染物可導致所謂的”中毒”效應。中毒發生 在材料之催化活性部位因常常包含於燃料電池中之有 毒物質變成失去活性之處。一旦催化活性部位失去活 性’它們就不再可被利用來作為提供於陽極之有效氫 氧化反應之觸媒。因為可利用的催化活性部位之整體 數量因中毒而大幅地降低，因此降低了陽極之催化效 率。此外，催化活性之減少導致於陽極之過量電壓的 增加，因此電池更加沒有效率，且大幅增加操作成 本。過量電壓係為電極電位與其平衡值之間的差異， 過里電壓之物理意思係為克服於陽極之表面通過電流 之電阻（電荷轉移電阻）所需要的電壓。過量電壓代表 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公爱;) 563269

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2不受歡迎的能量損失，其會增加燃料電池之則 是為意圖限制本發明之真實範嗜的情況下，而 =為了說明目的且使本發明更易理解，提供了 说明附圖。圖1A與1B孫盎,祕士丨杂、 之 lc (Maf,i® 二；斗電池儲存電極la與 (a軚不％極，而” c，，標示陰極 述。陽極la較佳是包会要描 極較佳”人儲存活性材料，而陰 ，佳疋包含—種氧化還原對活性材料。在-個較佳 ^施例中’電極本身包含疏水組分2a(陽極）與_ 二。疏水組分可以示聚四氟乙埽(PTFE)。電極亦包含 一個包括供陽極用之氫儲存活性材料h之區域，或 者包含-個包括供陰極用之至少一氧化還原對3c之 區域。雖然圖^與1B顯示疏水組分2a、2c與活性 電極材料組分3a、3e作為電極la、le内之材料的分 15離層，但它們亦可被親密地混合成單一材料或在活性 材料範圍内進行分等。電極la、lc亦包含基板組分 4a(陽極）或4c(陰極）’其至少作為電流集電器但亦 可提供支撐功能。此種基板組分係討論如下。 電極la、lc具有兩個表面5a(陽極）或5c(陰極卜 與6a(陽極）或6c(陰極）。每個電極、&之—個表面 係鄰近的反應物（亦即，氫或氧），其在併入燃料電池 時係由入口機制有用地供應，而另一個表面仏&係 與電解質（其在-個較佳實施例中將是一種驗性水的電 解質）鄰接。如上所述，疏水（PTFE)組分2a，2c係為 5 10 20 -25-

本紙張尺度適用中國國家標準(0^习八4規格（210x297公釐） 563269 A7 B7

I I 奮

訂

I I I 563269 A7 五、發明說明（25 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 上之材料係被設計成受到高度催化以從氫與羥基離 形成水。 對於陰極而言，活性材料係為選定的氧化還原對 (氧儲存材料）與額外的催化材料之複合物。一些較佳 的對係如上所討論的。作為一般的優先選項是，^化 還原對應不論氧儲存容量為何而能可逆地吸收與釋放 氧化劑，並具有快速的氧化反應速率，良好的電解質 之穩定度、以及長儲藏壽命之特性。吾人應注意到， 所謂的氧化劑儲存容量係意指材料以一種穩定形式， 以僅高於微量之一些非零數量儲存氧化劑。 在關於任一電極之任一情況下，電極材料可能被 分層，以使燃料、氧化劑、或輸入表面5a、5c上之材 料係由已被詳細設計成受到高度催化以解離燃料或氧 化劑的材料所形成，而電解質界面表面6a、6c上之材 料係被設計成受到高度催化以形成水（陽極）或羥基離 子（陰極）。除了具有異常的催化能力以外，這些材料 亦具有顯著的抗蝕力以抵抗燃料電池之鹼性電解質。 在使用上’陽極（氫）合金材料係丨）作為遍及大部 分陽極之分子氫解離觸媒；2)作為水形成觸媒，藉以 於陽極之表面6從氫與羥基離子（從鹼性水的電解質） 形成水；以及3)作為内部氫儲存緩衝，用以確保總是 於表面6可得到的現成供應的氫離子（此種能力在下述 情況下是有用的，例如燃料電池起動與再生式能量之 再捕獲，如下所探討的）。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公餐） 訂 563269

563269 A7 B7 15 20 五、發明說明（27 ) 屬。最好的情況是，用於電極之多孔性金屬基板係為 一種網、柵、泡沫、或膨脹金屬。基板可能由導電與 藉由電解質抵抗腐蝕或化學攻擊之任何材料所形成。 鎳或鎳合金係為一種非常好的材料，但對於高電力應 用而〇，其可此太具抵抗性。因此，當需要高電力 時，基板係由銅、鍍銅鎳、或銅鎳合金所形成，如同 美國專利 5,856,047(Venkatesan 等人）與 5,851，698 (Reichman等人）號所教導的，其揭露書係藉此列i參 考資料。如於此所使用的，”銅”表示純銅或銅之合 1〇金，而"鎳”表示純鎳或鎳之合金。使用鋼以形成電極 之多孔性金屬基板具有數個重要優點。銅係為一種優 越的導電體。因此，其作為基板材料之使用降低了陽 極之電阻。這降低了由於内部消耗所浪費的燃.料電池 電里’並藉以提供具有增加的輸出電力之燃料電池。 銅亦為種有延展性的金屬。所增加的基板勒性允許 基板更確實地保留被壓縮至基板表面之上的活性氫儲 2材料。這減少了在活性材料已被壓縮至基板上之後 還要燒結電極之需要，藉以簡化並降低陽極製程之成 本。 ^陰極包S種活性材料成分，其起催化作用以使 分子氧解離成原子氧及/或起催化作用以從水形成羥基 離=OH)與氫，不受電解質之腐钱並能抵抗中毒。這 些就是本文別處所說明的各種的氧化對。 陰極係以與陽極極為相同的方式形成，或者可能 本紙張尺度^ 裝 訂 -29- 五 發明說明

t類似於習知之使用白金觸媒之陰極的方式形成，但 疋上述的氧化還原對材料係用來取代白金。氧化還原 對係精細地分割並支配遍及多孔性碳棒材料。碳材料 了 乂疋為末、冰銅（matte)、泡珠、栅或網之型式。依 5據需求，陰極可具有或不具有導電基板。如果使用基 板的話，基板可以是如同相關於陽極所說明的。 在例如再生制動之能量再捕獲過程期間，當瞬間 燃料電池逆向運作以作為電解器時，水會被電解成氫 與氧。亦即，當電動車輛係使用於城市内之停停走走 10之模式時，再生制動系統可再捕獲動能，並將其轉換 成電旎。依此模式，電動機轉換它們的角色，並變成 消耗動作之動能的發電機。這會導致相當於大約正常 操作負載之10〇/〇的電流尖峰。習知之燃料電池（鹼性或 PEM)無法接收這樣的急速上升。此種能量之反饋將導 15致氫與氧快速演變，其將使觸媒喪失它們的完整性與 附著性，從而逐漸損害整體系統之性能。 在本發明的燃料電池中，這將不會是個問題，其 乃因為氫儲存陽極與氧化對陰極將接受突波電流，並 分別由所產生的氫或氧予以充電。 吾人應注意到本發明之陽極與陰極活性材料係強 健且非常能抗毒。這是真實的，因為這些材料之催化 活性部位所增加的數量不僅增加催化活性，而且可使 材料更抗毒，因為本發明之材料，一些催化活性部位 可以為有毒物質之效應而犧牲，然很多沒有中毒的部 -30- 本紙張尺度適財關家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱了 563269 A7

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563269 A7 B7 五、發明說明（31) 比。包含大約90%之鈽鑭金屬鎳合金（具有20.7%的 鑭、8.5%的鈽、1.0%的镨、2.9%的鈥、49.9%的鎳、 10.6%的鈷、4.6%的錳、1.8%的鋁之大概成分），以及 大約10%之聚四氟乙烯（PTFE)的混合物，係藉由使用 5 異丙基醇類而製成糊劑。此種糊劑係施加在Inco公司 之具有大約500 g/m2之密度的泡沫鎳上（具有先前焊 接之鎳凸部，用以作為電流集電器）。此種泡沫係作為 供電極用之基板與集電器。在50-60°C下乾燥之後， 陽極係藉由使用輥筒研磨機而壓密成0.020至0.030 10 吋之最終厚度。 對照樣品之陰極（氧）電極係製造如下。首先，製 備Vulcan XC-72碳（Cabot公司之商標）與PTFE之混 合物，具有大概20-30%之PTFE含量。上述在陽極生 產中所使用的泡沫鎳型式係被使用作為基板。Vulcan 15 XC-72碳/PTFE混合物之糊劑（糊劑A)，係藉由使用 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 足夠的異丙基醇類而製出，用以產生可使用的糊劑。 接著，將糊劑A塗敷至泡沫基板之一側（電極/氣體之 界面側）。由大約40-60%之Vulcan XC-72碳/PTFE之 混合物與高表面積石炭（Black Pearls 2000，Cabot公司 20 之商標）所組成的第二糊劑（糊劑B)，又藉由使用足夠 的異丙基醇類而製出，用以產生可使用的糊劑。糊劑 B係被塗敷至泡沫之另一側（電極/電解質之界面側）。 在60-100°C下乾燥電極之後，其係藉由施加1至3 tons/cm2之平均壓力，而被壓密成0.030至0.040忖之 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐） 563269 A7 B7 五、發明說明（32) 最終厚度。 除了將10%之Aldrich氧化銀加至糊劑B以外， 本發明的電極係以與比較電極類似的方式製造。本發 明的陰極只包含大約〇· 11克之活性氧化釵氧化還原材 5 料。這種數量的氧化銀具有大約40 mAh之電化容 量。在典型的100 mA/sq.cm之放電速率下，電極將以 1A之電流被放電。於此電流，如果不存在有活性成 分之連續再生，則電極應該在2.5分内完全被放電。 又，如果因為與習知機制相反的氧化還原機制發生氧 10還原現象’則包含所有極化之電池電壓應反映較高的 數值。 燃料電池係藉由使用相同的陽極與分別使用對照 陰極或本發明之陰極而製出。這些燃料電池包含來自 Daiwabo公司之60 g/m2之聚丙烯隔離板，並採用習 15 知之K〇H/LiOH鹼性電池電解質，此電解質係藉由使 用3%之羧甲基纖維素而成膠狀。此電池係藉由使用 純氫作為燃料並使用空氣作為氧源而運作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3 a係為本發明之氧化退原陰極（♦符號）與對照 陰極（符號）兩者之陰極的電極電位（伏特）對電流资 20 度（mA/cm2)之曲線圖。每個資料點表示於那個特定電 流密度下放電5分鐘。因此，如可看到的，本發明的 陰極之電極電位總是高於對照樣品之電極電位（於有用 的電W始、度下）’且當電流密度增加（亦即，較高電力） 時，對照樣品之電壓會比本發明的陰極之電壓減少广 -34- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 563269 A7 B7

更加决速（依據比較結果，僅僅略微降低）。圖儿係為 勝過對照陰極之本發明的陰極之電壓（電極之極化之減 之百分比增進對於電流密度（mA/cm2)之曲線圖。如 攸此圖可以看見的，於有用的電流密度下，在本發明 的電極之極化上的改善，係勝過對照陰極之極化約從 30%至50%。因此，目&與儿顯示電池係能完全運 作持續比2·5分鐘長（只有陰極中之氧化銀之容量基 礎）’並於較對照陰極來得高的電壓下運作。因此，很 月,、、'員地，在供氣中經由氣相氧可完成氧化銀氧化還原 10對之連續補充。 吾人應注意到會製造出包含範圍從卜2〇%重量之 氧化銀（在糊劑Β中）之陰極。具有比此例之陰極中的 10%來得低的氧化銀量之陰極（亦即，在1 %之範圍 =)，雖然有略微減少.，但是顯示出相同的效果。以 15高於樣本陰極之10%的氧化銀（亦即，大約2〇%)所製 造出的陰極並未增加超過樣品陰極之效果。因此，有 效範圍似乎受限於大約〇.5%的氧化銀之下限。氧化銀 内含里之上限似乎只受限於例如成本與碳之需要的因 素，用以於電極7電解質之界面起觸媒反應。這種由經 20驗方法所決定之範圍限制，係只應用於銀，而其他Ζ 化還原對對於内含物之範圍將具有它們本身的限制， 其可能由類似簡單的實驗嘗試所決定。 圖4係為結合本發明之鹼性燃料電池7之能量供 應系統之型式化概要描述。能量供應系統亦包含氫源

本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱） 563269 A7 B7 五、發明說明（34 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 20。氫源可以是任何已知型式，例如氫化物儲存台系 統、壓縮氫儲存槽、液態氫儲存槽、或碳氣化合物燃 料重組器。較佳的氫源係為一種金屬氫化物儲存系 統。源自氫源2G之氫係經由輸人線21而傳送至燃料 電池7，而過剩的氣體係經由輸出線22而排出。來自 輸出線22之-部份氣體，可能經由再循環線32而再 循環至輸入線21。此能量供應系統亦包含氧源，為了 經濟上的理由其較佳是空氣。空氣會被吸人線33 中，接著可通過二氧化碳擦磨洗滌裝置23。然後，空 氣係經由輸入線24而傳送至燃料電池7。過剩的空氣 與沒有用過的氣體，係經由輸出線25而排出。因為 此種氣體流動包含非有害氣體，所以其可以直接排2 自然環境中。 …·· 一 此能量供應系統亦包含電解質循環系統。來自燃 料電池7之電解質會經由輸出線28而被移除，並^ 至電解質調節II 26。電解質調節器26 : :卻電解質’並依需要移除/增加水。調節之電解質： 著經由輸入線27而回到燃料電池7。 、 最後，能量供應系統包含電線29與3〇，並 自燃料電池7之電力提供給負載31。負載可以來 需要電力之裝置，但特別考慮的負载係為 與驅動系統。 电力 本燃料電池與結合燃料電池之能量供廉系、会 於瞬間起動與能量再捕獲（譬如在動力驅動、車、| ’對 面） -36- 本紙張尺度適用中_家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱） 563269 五、發明說明（35 10 15 20 ::求：；用上特別有用。例如，在消費者車輛之使 /有本發明之内裝燃料與氧化劑儲存之燃料電 具有能啟動立即從儲存於其電極中之反應物產 優點。因此’當等待從外部來源提供氮時， 卢二…^遲時間。此外’因為氫與氧可被吸附並儲 =於燃料電池之各個電極材料中，所以同樣可達成能 再捕獲。因此’因為任何藉由逆向運作燃料電池 生之反應物將被儲存於燃料電池之電極中，所以 可在不需要燃料電池之外部蓄電池的 再㈣動等之活動。因此，本質上，採用本活性電極 材料之燃料電池係為結合蓄電池（bat吻)之燃料電池 (fuel =1)的同等物。在這樣一種採用氧化還原對之系 冼中，氧亦旎被儲存在電極之内達到相當程度以作為 1對之氧化組分，較佳是金屬/金屬氧化對，氫氧化物 /氫氧化正物或其組合。 、本發明之嶄新電化學電池亦促使實現本發明之方 法，在本發明之一個實施例中，其包含間接與連續導 入燃料（較佳是氫）與氧化此燃料之反應物（較佳是氧） 兩者，以供燃料電池之電化學電池之連續運作。亦 即，在運作期間，氫係經由負電極中之催化區域連續 也被V入並連績地被儲存成負電極中之材料的區域 中的氯化物，而負電極能夠可逆地儲存並釋放氫。同 時，氫係從負電極（在其電解質側上）進行電化學釋放 以參與電池反應過程，俾能使以下狀況變成可能··於 裝 訂 -37- 本紙張尺度適財國國家標ϋ)Α4規格⑽χ297公爱） 563269 A7 B7 五、發明說明（36 ) 負電極之氣體側進行連續供應，在負電極内進行儲 存’並於負電極之電解質側進行氫之釋放。 同時，氧係於正電極之氣體側，經由催化區域而 連續被導入，並進行化學儲存以作為參與電池反應之 5氧化對的充電狀態之型式的材料。同時，利用如剛才 所說明之氧之導入與化學儲存，處於充電狀態之氧化 對之材料會參與電池反應以產生電力。因此，電化學 電池係經由供應至氧化劑之氣體側，儲存在氧化劑之 内，並從氧化劑之電解質側釋放而連續運作，俾能促 1〇使作為燃料電池之運作。本發明之運作電化學電池作 為燃料電池之獨特方法係因此變成可能的。在燃料電 池係”反向”運作或作為電解器以再捕獲並儲存能量的 情況下（譬如在再生制動期間），如先前所說明的運作 本質將不被認為是破壞”連續”運作。 15 此說明書之圖式、討論、說明、與例子係僅說明 本發明之特別實施例，並非出於對其實行上之限制。 本發明之範疇係由包含所有等效設計之後附申請專利 範圍所界定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用 適 度 尺 張 紙 本

563269 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（37 ) 【圖式之代號說明】 la〜陽極 2a〜疏水組分 3 a〜活性材料 5 4 a〜基板組分 5 a〜電極 6〜表面 6c〜表面 8〜供氫容室 10 11〜容室 13〜出口 15〜出口 19〜出口 21〜輸入線 15 23〜二氧化碳擦磨 24〜輸入線 26〜電解質調節器 28〜輸出線 30〜電引線 20 32〜再循環線 lc〜陰極 2c〜疏水組分 3c〜活性材料 4c〜基板組分 5 c〜電極 6 a〜表面 7〜燃料電池 10〜供氧容室 12〜氫入口 14〜入口 18〜氧入口 20〜氫:源 22〜輸出線 洗滌裝置 2 5〜輸出線 27〜輸入線 29〜電引線 31〜負載 33〜線 -39- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 563闺ig

   A8 B8 C8 D8 六、申讀範圍 專利申請案第91104317號 ROC Patent Appln. No. 91104317 修正後無劃線之中文申請專利範圍修正本-附件（二） Amended Claims in Chinese - EncL(II) 5 (民國92年5月；^曰送呈） (Submitted on May >々，2003) 1. 一種燃料電池陰極，具備陰極活性材料，其改良 包含： 10 該陰極活性材料具有氧儲存容量，且該陰極活性 材料包含氧化還原對，可提供該氧儲存容量。 2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池陰極，其 中該氧化還原對係為氫氧化鎳/氩氧化正鎳（nickel oxyhydroxide) ° 15 3.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池陰極，其 中該氧化還原對包含選自於由銅、銀、鋅與鎘所 組成之群組之一元素之金屬/金屬氧化對。 4.如申請專利範圍第1項所述之燃料電池陰極，更 包含疏水成分。 ~ 20 5.如申請專利範圍第4項所述之燃料電池陰極，其 中該疏水成分包含聚四氟乙烯（PTFE)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6.如申請專利範圍第5項所述之燃料電池陰極，其 中該PTFE係至少下述之一者： a)與該陰極活性材料緊密混合； 25 b)在該陰極活性材料之内分等；或 c)在該陰極之内的個別層。 7·如申請專利範圍第1項所述之燃料電池陰極，更包 含電流集電器延伸在該活性材料之内。 -40 - 91082-範圍-接 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） D8 申5月專利範圍 如申明專利範圍第7項所述之燃料電池陰極，其 中該電流集電器包含導電網、柵、泡沫或膨脹金 屬。 如申明專利範圍第1項所述之燃料電池陰極，更 5 包含起催化作用之碳成分。 1〇·種燃料電池，該燃料電池具有陰極活性材料， 其改良包含： 該陰極活性材料具有氧儲存容量，且該陰極活性 材料包含氧化還原對，可提供該氧儲存容量。 10 u.如申請專利範圍第10項所述之燃料電池，其中該 氧儲存容量提供該燃料電池瞬間起動能力。 12·如申睛專利範圍第1 〇項所述之燃料電池，其中該 氧儲存容量提供該燃料電池此能力，以藉由當作 電解器而反向運作來接收再捕獲之能量。 15 13 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之燃料電池，其中該 氧化還原對係氫氧化鎳/氫氧化正鎳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 !4·如申請專利範圍第1〇項所述之燃料電池，其中該 氧化還原對包含選自由銅、銀、鋅與鑛所組成之 群組之一元素之金屬/金屬氧化對。 20 15·如申請專利範圍第10項所述之燃料電池，其中該 陰極更包含疏水成分，其包含聚四氟乙烯。 16·如申請專利範圍第ι〇項所述之燃料電池，其中該 陰極更包含電流集電器延伸在該活性材料之内。 17·如申請專利範圍第16項所述之燃料電池，其中該 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公爱1 " 563269 as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 電流集電器包含導電網、柵、泡沫或膨脹金屬。 18.如申請專利範圍第10項所述之燃料電池，其中該 陰極更包含起催化作用之碳成分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐）