[发明专利]新型隔板、具有该新型隔板的电化学电池及该新型隔板在该电化学电池中的应用

说明书

本申请是分案申请，其原申请的国际申请号为PCT/EP2012/053376，国际申请日为2012年02月28日，中国国家申请号为201280020163.5，进入中国国家阶段的进入日为2013年10月24日，发明名称为“新型隔板、具有该新型隔板的电化学电池及该新型隔板在该电化学电池中的应用”。

技术领域

本发明涉及新型隔板和包括所述新型隔板的电化学电池，例如，高压碱性水电解电池和空气燃料电池。

背景技术

氢是二氧化碳为零排放的唯一能源。通过电解水可以将风能、太阳能和波浪能所产生的电能转化为氢，生成的氢则可用于在质子交换膜燃料电池(PEMFC’s)中产生能量，或者通过燃烧产生能量，而其唯一的副产物就是水。然而，在电解槽中产生氢需要的能量输入为至少3.9kWh/Nm³，随后需要更多的能量以高达800巴的压力提供氢。此外，如果电源的水平发生波动，那么所需的能量输入也会改变。现有技术的碱性水电解电池工作范围极为有限(额定功率的20％～100％)，不能提供高压的氢，总是需要昂贵的压缩步骤。在压力达50巴时进行的电解提供的氢和氧通常分别具有99.9mol％和99.5mol％的纯度。如果电解在更高的压力下进行，则氢和氧在电解液中的溶解度会随着压力的增大而增大，这会导致生成的气体的纯度降低，而且，由于氢扩散至氧侧比反过来的情况增加得更为强烈，导致生成的氧的纯度低于氢的纯度。这就导致电解不得不在32巴～50巴的最大压力下进行，因此，尽管室温时氢-氧化合物的爆炸上限(UEL)在大气压力至200个大气压的范围内仅由95.2mol％的氢变为95.1mol％的氢，但爆炸下限(LEL)却由大气压力下的4.0mol％的氢增大至200巴时的5.9mol％的氢。

US 2,683,116公开了一种电解装置的操作，该装置具有多个耐压电池，每个电池包括将其所关联的电池再分为阳极室和阴极室的单独的隔膜，该装置还具有两个气体收集系统，其中一个用于所有阳极室的气体空间，而另一个则用于所有阴极室的气体空间，该装置的操作启动的方法由以下步骤构成，即，(1)以与至少两个大气压(绝对值)的相等压力的氮填充两个所述收集系统的全部气体空间；和(2)之后接通电流开始电解。

WO 2004/076721A2公开了使用包括一个或多个电解槽电池的电解槽来电解水，以由此产生加压氢和氧的方法，所述电池各自独立地包括(i)管状构造的阴极，在其中配置有棒状阳极，从而在阴极和阳极之间限定环状的电解室，(ii)在阴极和阳极之间的电解室内配置的管状构造的分隔膜，从而将电解室分为阳极子室和阴极子室，并密封子室以防止其间的气流，所述方法包括以下步骤(a)将电解质的水溶液引至电解室的两个子室中；(b)通过电池各自的阳极和阴极施加直流电压降，从而将水在阴极离解为氢，在阳极离解为氧；和(c)由一个或多个优选还包括压力容器的电解槽电池分别收取氢和氧并在高压下产生氢和氧，该高压为至少10psig，而且所述方法特别优选包括维持由电池收取的氢和氧之间的压差为不超过约0.25psig。该技术应用于Avalence Hydrofiller 50-6500-50RG系统，不过仍需要驱动力使两种气体渗过电池膜而混合。WO 2004/076721A2公开了分隔膜选择性地允许液体通过，而不许气体通过，并保持氢气和氧气作为通过液体电解质上升的产生的气泡而分离，但没有提及关于执行这些功能的材料。

US 2010/0187129A公开了电解水的制造方法，所述方法包括：使用结构特征为通过隔膜将电解槽分成阳极室和阴极室的水的电解装置，并在阳极室中布置阳极板，在阴极室中布置阴极板；在阴极室中填充预先添加有电解质的水，从而进行电解；其中，待提供至阴极室的水的流率限制为相对于每1A以下的加载电流为40mL/分钟；其中，提供给阴极室的水预先充分软化，从而防止形成水垢；对于阳极室和/或阴极室中产生的电解水加入用于稀释的非软化水，以使制造电解水所需的软化水的量最少，并且制备具有所需pH范围的电解水源。然而，US 2010/0187129A1未提及关于高压下的氧氢扩散或使用，其公开了非导电性的隔膜材料，但没有公开关于分隔膜的材料。

US 2010/0276299A1公开了增大高压(340巴～690巴)电解电池(具有限定其间内部部分的阳极和阴极)的效率的方法，所述方法包括：操作高压电解电池时降低阳极处的电流密度，减小阳极处的过电压；操作高压碱性电解电池时减少由阴极室透过电池膜渗到阳极室的氢的量。US 2010/0276299A1特别公开了具有隔板的高压电解电池，所述隔板具有圆筒状的外表面和内表面。