[发明专利]燃料电池无效
申请号: | 200780015017.2 | 申请日: | 2007-04-24 |
公开(公告)号: | CN101432921A | 公开(公告)日: | 2009-05-13 |
发明(设计)人: | 安德鲁·马丁·克瑞斯;刘建国 | 申请(专利权)人: | ACAL能源公司 |
主分类号: | H01M8/10 | 分类号: | H01M8/10;H01M8/18 |
代理公司: | 北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司 | 代理人: | 余 朦;王艳春 |
地址: | 英国*** | 国省代码: | 英国;GB |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 燃料电池 | ||
本发明涉及燃料电池,尤其涉及运行中的燃料电池,其中将醇作 为燃料供给电池阳极区。这种电池应用于电子和便携式电子元件的微 型燃料电池,并且还应用于汽车工业的较大燃料电池。
燃料电池是电化学能量转换装置,其将燃料和氧化剂转换为反应 产物,在该过程中产生电和热。在这样的电池的一实例中,使用甲醇 作为燃料,空气或氧作为氧化剂,反应产物是二氧化碳和水。这种电 池在运行中的电化学反应可以总结如下:
阳极
阴极
总
分别将甲醇燃料和氧化剂投入被电解质膜分开的催化的扩散型电 极,所述电解质膜允许质子通过阳极室到阴极室以平衡阴极反应。在 阳极室产生的电子在外部电路中流动,并回到已经自电池提供功率输 出的阴极。这种燃料电池被称为直接甲醇燃料电池(DMFC)。可以使用 各种类型的膜,例如聚合物电解质膜(PEM),包括例如NafionTM。基 于聚合物电解质膜的燃料电池(PEM燃料电池)由于其运行温度较低, 从而便于便携式应用,例如便携式电子设备和汽车技术。对PEM隔膜 的进一步或可选的适应性改进包括提供双膜,如在我们共同未决的申 请PCT/EP2006/060640中描述的那样。
WO-A-2006/012637公开了使用通过在室温下用多金属氧酸盐化 合物选择性地氧化CO的燃料电池产生电能的反应器和相应方法。
US-A-2005/0112055公开了包括双钌取代的多金属氧酸盐的催化 剂和使用该电催化剂产生氧的方法。
US-A-2004/0137297公开了被认为可用于直接甲醇型燃料电池的 隔板的离子交换膜。
甲醇和其它低分子量醇是用于便携式燃料电池的方便燃料,因为 其能量密度较高,例如,对于甲醇,在电化学半电池中每消耗1摩尔 燃料产生6摩尔电子。然而,DMFC通常遭受横跨(crossover)效应-甲 醇通过扩散和电渗被运送而透过膜。这种横跨效应通过甲醇在通常包 括Pt或其它贵金属催化剂的阴极被氧化的作用而引起燃料电池性能的 降低。在这里,甲醇在氧还原电位下被氧化。电位和电流减小,引起 功率密度的损失;开路电位也下降了。
常规地,减少甲醇横跨效应的途径已经包括:
i)增加膜厚度-通常使用170μm Nafion代替用于氢燃料电池 的更普遍的50μm膜。该方法增加膜的电阻-但未完全消除 横跨的影响。
ii)使用Nafion型磺化含氟聚合物的备选膜。通常这些膜要求 较高温度(大于100℃)以有效地运行,或传导不良或膨胀。
iii)使用阴极选择性催化剂。这些一般是比诸如Pt和含Pt催 化剂的含贵金属的催化剂弱的氧还原催化剂。
最近已经综述了甲醇横跨的现象和潜在解决方案:
·International activities in DMFC R&D:status of technologies and potential applications(DMFC R&D的国际活动:技术状 况和潜在应用),R Dillon,S Sriinivasan,A S Arico,V Antonucci,J Power Sources,127,112(2004)。
·M P Hogarth,T R Ralph,Platinum Metal Reviews(铂族金属 综述),46,146(2002).
·A Heinzel,V M Barragan,J Power Sources,84,70(1999).
本发明的目的是提供改进的以醇为燃料的燃料电池。特别是,目 的是克服或改善一种或多种由醇燃料透过将阳极与阴极分开的膜的横 跨引起的上述缺点。本发明的更具体的目的是减少直接甲醇或其它醇 燃料电池的横跨的影响,同时能够在低于需要外加压力的温度下运行, 并且没有令人不满意地损害电池性能。
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