[发明专利]用于直接液体燃料电池的气体阻挡阳极

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用氢化物燃料的直接液体燃料电池(DLFC)的气体阻挡阳极，具体涉及有助于防止或至少基本上降低该燃料电池中电解质的电阻增加的阳极，其增加是由电解质中的氢气泡引起的，其气泡尤其是由氢化物燃料的分解产生的。

背景技术

在新能源转换技术领域中，直接液体燃料电池相当重要。最常用的用于DLFC的液体燃料是甲醇。这种直接甲醇燃料电池(DMFCs)的主要缺点是甲醇的毒性和室温下很差的放电特性。结果，DMFCs通常不用于便携式电子装置等。

基于(金属)氢化物和硼氢化物化合物如硼氢化钠(例如在碱性溶液中)的燃料具有很高的化学和电化学活性。因此，使用这样的燃料的DLFCs即使在室温下也具有极高的放电特性(电流密度、比能等)。

使用(硼)氢化物燃料的DLFC的有效运行要求将(硼)氢化物连续输送至阳极的催化剂颗粒。例如，根据下列反应式在阳极处通过直接反应将硼氢化物电化学氧化而形成BO₂^-和水：

BH₄^-+8OH^-＝BO₂^-+6H₂O+8e^-             (1)

副反应包括硼氢化物电化学氧化成H₂和硼氢化物的非电化学分解(自放电)。硼氢化合物的分解根据下列反应式发生：

BH₄^-+2H₂O→BO₂^-+4H₂↑                (2)

作为上述副反应结果的氢气的形成产生多个问题。这些问题之一包括氢气通过阳极进入电解质室，导致在电解质中形成氢气泡，再导致电解质电阻的增加。

发明内容

本发明提供用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池的阳极，其中，意欲面向燃料电池电解质室的阳极的那个表面基本完全用聚合物材料覆盖，该聚合物材料防止至少约80％的所产生的氢气通过聚合物材料而进入电解质室。

在阳极的一方面，可以防止至少约85％的氢气，如至少约90％、至少约95％或至少约98％的氢气进入电解质室。

在另一方面，阳极与聚合物材料的组合的面积电阻率(electric area resistivity)可以不高于约1Ohm·cm²，例如，不高于约0.9Ohm·cm²、不高于约0.85Ohm·cm²、或不高于约0.8Ohm·cm²。正如此处所用的和在所附的权利要求中，术语“面积电阻率”和“电阻率”是可互换使用的。

在又一方面，阳极的表面可以用单层聚合物材料覆盖，或者至少可以将两层聚合物材料布置在阳极的表面。例如，该至少两层可以包括不同的聚合物材料。

在再一方面，聚合物材料可以包含一层或多层聚合物材料，并可以具有不超过约200μm的总厚度和/或至少25μm的总厚度。

在本发明的阳极的另一方面，聚合物材料可以包括至少一种具有亲水基的聚合物。例如，亲水基可以是OH、COOH和/或SO₃H基团。优选地，该至少一种具有亲水基的聚合物包括OH基团。在又一方面，该至少一种具有亲水基的聚合物可以包括乙烯醇的均聚物和/或共聚物，例如具有重均分子量不大于约100,000和/或不小于约30,000的聚合物。作为非限定性实例，乙烯醇的共聚物可以包含乙烯醇和一种或多种烯属不饱和共聚单体的共聚物，如乙烯醇/乙烯共聚物。此外，乙烯醇的共聚物可以包含至少约50mol％的乙烯醇单元。

在本发明的阳极的又一方面，至少部分聚合物材料可以能够在水溶液中膨胀。

在再一方面，至少一种具有亲水基的共聚物可以例如与交联剂至少部分交联，该交联剂包含具有能够与亲水聚合物的官能团反应的至少一种官能团的聚合物。优选地，该至少一种具有亲水基的聚合物与交联剂的重量比范围为约2∶1至约1∶2。

在另一方面，该至少一种具有亲水基的聚合物可以包含具有OH基团的聚合物，交联剂可以包含选自聚乙二醇、聚环氧乙烷及其组合的聚合物。例如，聚乙二醇可以具有约300至约10,000的数均分子量，聚环氧乙烷可以具有约35,000至约200,000的数均分子量。