[發(fā)明專利]一種電化學(xué)電池例如燃料電池的用途

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580038994.5
• 申請日: 2005-09-21
• 公開（公告）號: CN101057362A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·J·海格特;S·伯恩;S·D·斯考特羅夫特
• 申請（專利權(quán)）人: ITM燃料電池有限公司
• 主分類號: H01M8/08
• 分類號: H01M8/08;H01M8/10;H01M8/02;H01M8/04
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 唐鐵軍;鐘守期

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的方法。

背景技術(shù)

WO03/23890公開了離子交換材料可基于親水聚合物制造，所述親水聚合物即本身能通過其分子結(jié)構(gòu)吸收和傳輸水的聚合物。該材料與氫-氧燃料電池關(guān)系尤為密切，因?yàn)楫a(chǎn)物水可被再分配，由此可避免膜的局部浸水(flooding)或干燥。基本有三種方式可使親水材料具有離子傳導(dǎo)性。

第一種方式為通過在離子活性單體溶液中共聚形成離子活性中心；該方法記載于WO03/23890。由于生成的聚合物中形成了強(qiáng)陰離子或強(qiáng)陽離子部分，使其可分別充當(dāng)陰離子交換(AE)或陽離子交換(CE)材料。

第二種方式為加入離子活性中心，例如通過磺化現(xiàn)有的聚合物分子(例如Nafion)或?qū)ΜF(xiàn)有的聚合物膜進(jìn)行接枝。

第三種方式為在酸或堿液中對親水材料進(jìn)行水合作用。親水材料例如HEMA(甲基丙烯酸2-羥乙酯)和MMA-VP(甲基丙烯酸甲酯-乙烯吡咯烷酮)本身沒有電性質(zhì)，如果在去離子蒸餾(DD)水中進(jìn)行水合，為良好的電阻。但如果將其在酸或堿溶液中進(jìn)行水合，則會變成良好的導(dǎo)體。該法的一個局限性在于傳導(dǎo)性隨著電解質(zhì)溶液洗去(washout)而下降，材料最終會變?yōu)殡姸栊浴＿@種洗去在電解槽中和在氫-氧燃料電池中尤其成問題，因?yàn)樵陔娊獠壑蟹磻?yīng)物水通常大量存在，而在氫-氧燃料電池中則生成水。

硼氫化鈉燃料電池也是已知的。硼氫化鈉燃料電池通常用堿溶液例如氫氧化鈉水溶液穩(wěn)定。

US58804329及US5948558記載了硼氫離子(BH₄^-)在陽極氧化產(chǎn)生電流的燃料電池。該燃料為溶液形式，例如硼氫化鈉溶液。相似類型的電池在WO-A-02/00950及WO-A-02/052664中也有公開。

有兩種方式可將硼氫離子氧化。當(dāng)使用酸性條件時(shí)，認(rèn)為硼氫離子氧化生成氫氣，氫氣而后被消耗(本申請中稱之為“d-型”方法)。在堿性條件下，認(rèn)為硼氫離子被直接消耗，即沒有中間產(chǎn)生氫氣(本申請中稱之為“D-型”方法)。d-型方式(約1.2V)較D-型方式(約1.6V)而言產(chǎn)生的電壓較低，因?yàn)闅錃獾霓D(zhuǎn)化過程消耗了部分能量。

盡管上述出版物提到了d-型及D-型電池，但幾乎沒有證據(jù)表明已生產(chǎn)出運(yùn)用任何一種機(jī)理的有效電池。事實(shí)上，看起來也沒有人實(shí)際運(yùn)行過一種D-型電池。

類似的問題在醇基燃料電池中也遇到過；至今仍在進(jìn)行不懈的努力以獲得一種可在接近其理論最大電壓或可接受水平的功率密度下運(yùn)行的系統(tǒng)。

另一個問題與電池中燃料的量隨著該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而下降有關(guān)。該燃料消耗過程會一直持續(xù)到性能快速下降而電池最終停止運(yùn)行。此時(shí)，電池必須再加燃料。沒有關(guān)于何時(shí)燃料儲量低的預(yù)先警告。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面解決使親水材料具有傳導(dǎo)性的第三種方式的局限性，它基于這樣的認(rèn)識，即可在燃料(或其它可氧化組分)或氧化劑中包括摻雜材料，該材料可為酸性或堿性；事實(shí)上，已發(fā)現(xiàn)可在一種液體(例如氧化劑)中加入酸性材料并同時(shí)在另一種液體(例如燃料)中加入堿性材料。類似地，弱離子親水膜的傳導(dǎo)性也可通過使用這樣的燃料而提高。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種在電化學(xué)電池中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的方法，所述電池包括由低離子傳導(dǎo)性的親水膜隔開的電極，所述方法包括將一種水溶液引入該電池中，該水溶液含燃料和/或氧化劑，二者之一或兩者都可包含電解質(zhì)；并在該電解質(zhì)存在下氧化該燃料。

本發(fā)明的另一方面是基于發(fā)現(xiàn)WO03/23890公開的AE膜材料為上述關(guān)于硼氫化物電池的問題的一種解決方案。具體而言，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)將該材料與堿性條件結(jié)合使用時(shí)，可促進(jìn)D-型硼化物氧化機(jī)制。

在該方面，燃料電池包括由陰離子交換膜隔開的電極，其中該膜包括含強(qiáng)陰離子基團(tuán)的親水聚合物，并且其中燃料為硼氫化物溶液或醇溶液。具體而言，電壓可通過在含有由陰離子交換膜隔開的電極的燃料電池中氧化燃料而產(chǎn)生，其中該膜包括含強(qiáng)陰離子基團(tuán)的親水聚合物，并且其中燃料為硼氫化物溶液或醇。

本發(fā)明也基于這樣的認(rèn)識，即當(dāng)需要加燃料或填滿時(shí)，可用燃料或添加的反應(yīng)物通過顏色變化進(jìn)行指示。例如，當(dāng)反應(yīng)時(shí)燃料或氧化劑可發(fā)生顏色變化。

因此，本發(fā)明還有一個方面為一種在電化學(xué)電池中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的方法，所述電化學(xué)電池包括由離子交換膜隔開的電極，所述方法包括采用當(dāng)氧化或還原時(shí)能發(fā)生或呈現(xiàn)視覺外觀變化的反應(yīng)物，并對視覺外觀的任何變化進(jìn)行監(jiān)測。