[发明专利]氧化还原燃料电池

权利要求书

1.氧化还原燃料电池，其包括被离子选择性聚合物电解质膜隔开的阳极和阴极；向所述电池的阳极区供给燃料的装置；向所述电池的阴极区供给氧化剂的装置；在所述阳极与所述阴极之间提供电路的装置；与所述阴极流动流体连通的包含至少一种不挥发的阴极电解质组分的阴极电解质溶液，所述阴极电解质溶液包含氧化还原介体，在所述电池的运行中所述氧化还原介体在所述阴极至少部分被还原，且在于所述阴极进行这样的还原之后通过任选地间接与所述氧化剂反应至少部分被再生，所述阴极电解质溶液包含络合的多齿大环N-供体配体作为所述氧化还原介体和/或作为催化所述介体再生的氧化还原催化剂。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其中所述阴极电解质溶液包含络合的多齿N-供体配体作为所述氧化还原介体，和作为所述氧化还原催化剂。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其中所述阴极电解质溶液包含氧化还原介体和作为氧化还原催化剂的络合的多齿N-供体配体。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其中所述阴极电解质溶液包含作为氧化还原介体的络合的多齿N-供体配体和作为氧化还原催化剂的其它物质。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的燃料电池，其中在其运行中，所述氧化剂在所述阴极电解质溶液中被所述氧化还原催化剂还原。

6.如权利要求5所述的燃料电池，其中所述介体在所述阴极处被还原后，所得到的氧化的氧化还原催化剂至少部分有效地氧化所述介体以使所述介体再生。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述阴极电解质溶液是水溶液。

8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述络合的多齿N-供体配体包括所述多齿N-供体配体的过渡金属配合物。

9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述大环N-供体配体是或包含含有7个或更多原子的环的分子部分。

10.如权利要求9所述的燃料电池，其中所述大环N-供体配体是或包含多环，其中7个或更多原子存在于多环的环结构中，且多环的一个或多个独立的环可包含少于6个或更少的原子。

11.如权利要求1至10中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述N-供体配体在酸性pH条件下是稳定的。

12.如权利要求1至11中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述N-供体配体作为整体具有大环结构。

13.如权利要求1至11中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述N-供体配体包含许多不同的部分，至少其中之一具有大环结构。

14.如权利要求12或13所述的燃料电池，其中所述N-供体配体包含大量的N-供体原子，其中的一个、一些或全部包含于所述大环结构中。

15.如权利要求14所述的燃料电池，其中不是所有的所述N-供体原子都包含在所述大环结构中，一个或多个其它的N-供体原子包含在所述N-供体配体的所述大环结构或其它部分的取代基或垂悬侧链中。

16.如权利要求14或15所述的燃料电池，其中所述N-供体配体中N-供体原子的数量为1至8。

17.如权利要求14至16中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述N-供体配体中所述N-供体原子包含在脂肪族环境和/或任选取代的芳香族或非芳香族杂环内。

18.如权利要求14至17中任一权利要求所述的燃料电池，其中所述大环结构中的所述N-供体原子带有一个或多个取代基。

19.如权利要求18所述的燃料电池，其中所述取代基选自H，任选取代的直链或支链烷基、烯基、炔基、芳基、环烷基、杂环、杂芳基、卤素、羟基、氨基、亚氨基、硝基、氰基、酰基、酰氧基、硫酸酯、磺酰基、亚硫酰基、羰基、羧基、羧酸、酯、醚、酰胺基、磺酸酯、磺酸、磺酰胺、膦酸酯、膦酰基、膦酸、烷氧羰基、硫代、烷氧基、氧基酯、氧基酰胺基、芳氧基、杂环烷基、叠氮基以及被一种或多种的前述官能团取代的烷基、烯基、芳基、环烷基、烷芳基、烯芳基、芳烷基、芳烯基。

20.如权利要求14至19中任一权利要求所述的燃料电池，其中通过任何适宜的连接基团将所述大环结构内的N-供体原子连接在一起。