[发明专利]膜电极组件，包含膜电极组件的反应器和分离氢气的方法

权利要求书

1.膜电极组件(1)，其包含：

-气密性选择性质子传导膜(3)，所述膜(3)具有具有阳极(7)的渗余物侧(5)和具有阴极(11)的渗透物侧(9)，其中：

-阳极(7)为气体扩散电极，其具有与膜(3)邻接的气体扩散层(19)和施涂于其上的微孔层(21)，阳极催化剂(15)施涂于其上，

和/或

-阴极(11)为气体扩散电极，其具有与膜(3)邻接的气体扩散层(23)和施涂于其上的微孔层(25)，阴极催化剂(17)施涂于其上，

-用于在阳极(7)与阴极(11)之间产生电位差的电压源(13)，

-在渗余物侧(5)上的具有催化活性材料的阳极催化剂(15)，和

-在渗透物侧(9)上的具有催化活性材料的阴极催化剂(17)，

其中阴极催化剂(17)具有比阳极催化剂(15)更小的量的催化活性材料。

2.根据权利要求1的膜电极组件，其中阴极催化剂(17)的催化活性材料的量基于阴极(11)的总面积为0.001mg/cm²至1.00mg/cm²。

3.根据权利要求1或2的膜电极组件(1)，其中阴极催化剂(17)的催化活性材料的量与阳极催化剂(15)的催化活性材料的量的比为1:100-1:1.25。

4.根据权利要求1或2的膜电极组件(1)，其中阳极催化剂(15)和/或阴极催化剂(17)具有铂作为催化活性材料。

5.根据权利要求1或2的膜电极组件(1)，其中阳极催化剂(15)和阴极催化剂(17)具有相同的催化活性材料。

6.根据权利要求1或2的膜电极组件(1)，其中渗余物侧(5)和/或渗透物侧(9)各自具有包含催化活性材料的膜电极组件(1)的活性面积，其中活性面积为5cm²至20 000cm²。

7.根据权利要求1或2的膜电极组件(1)，其中气体扩散层(19、23)包含电子导电且开孔材料。

8.根据权利要求1或2的膜电极组件(1)，其中气体扩散层(19、23)和/或微孔层(21、25)包含碳。

9.反应器，其包含：

-至少一个用于进行其中形成包含氢气的混合产物气体的化学反应的设备，和

-至少一个根据权利要求1-8中任一项的膜电极组件(1)，

其中膜电极组件(1)以使得至少一部分混合产物气体可从设备输送到膜电极组件(1)的渗余物侧(5)上的方式与设备结合。

10.分离氢气的方法，其包括步骤：

a)在根据权利要求9的反应器中进行其中形成包含氢气的混合产物气体的化学反应，

b)将混合产物气体供入根据权利要求1-8中任一项的膜电极组件(1)的渗余物侧(5)，和

c)借助根据权利要求1-8中任一项的膜电极组件(1)电化学去除至少一部分包含在混合产物气体中的氢气，

其中至少一部分氢气在膜(3)的渗余物侧(5)经阳极催化剂(15)氧化成质子，且质子在穿过膜(3)以后在渗透物侧(9)经阴极催化剂(17)还原成氢气。

11.根据权利要求10的方法，其中步骤a)中的化学反应为C₁-C₄烷烃的脱氢芳构化。

12.根据权利要求10或11的方法，其中将至少30％的包含在混合产物气体中的氢气从混合产物气体中分离出来。

13.根据权利要求10或11的方法，其中氢气的去除在20℃至200℃的温度下进行。