[發(fā)明專利]堿性燃料電池和堿性燃料電池系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210309259.5
• 申請(qǐng)日: 2012-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN102956904A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 水畑宏隆;吉田章人;竹中忍;佐多俊輔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 夏普株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04;H01M8/08
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 金龍河;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用陰離子傳導(dǎo)性電解質(zhì)膜(陰離子交換膜)作為電解質(zhì)膜的堿性燃料電池和使用熱介質(zhì)進(jìn)行堿性燃料電池的溫度調(diào)節(jié)的堿性燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池具有能夠?qū)崿F(xiàn)小型輕量化、高輸出密度的可能性，因此，正在大力推進(jìn)在便攜用電子設(shè)備用的新型電源、家庭用廢熱發(fā)電系統(tǒng)等中的用途開發(fā)。燃料電池具備由陽極和陰極夾持電解質(zhì)膜而成的構(gòu)成的膜電極復(fù)合體(MEA)作為發(fā)電主要部，根據(jù)電解質(zhì)膜的種類分為：固體聚合物型燃料電池(包括直接型燃料電池)、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池、堿性燃料電池等。

堿性燃料電池是使用陰離子傳導(dǎo)性電解質(zhì)膜(陰離子交換膜)作為電解質(zhì)膜且電荷載體為氫氧化物離子(OH^-)的燃料電池。對(duì)于堿性燃料電池而言，將陽極與陰極進(jìn)行電連接時(shí)，通過如下的電化學(xué)反應(yīng)，在陽極與陰極之間產(chǎn)生電流，從而可以得到電能。即，向陰極供給氧化劑(例如，氧氣或空氣等)和水時(shí)，通過下式(1)表示的催化反應(yīng)生成OH^-。

陰極：1/2O₂＋H₂O＋2e^-→2OH^-(1)該OH^-在與水分子水合的狀態(tài)下通過電解質(zhì)膜傳遞至陽極側(cè)。另一方面，陽極中，供給的燃料(還原劑)例如H₂氣體與從陰極傳遞來的OH^-發(fā)生下式(2)表示的催化反應(yīng)而生成水和電子。

陽極：H₂＋2OH^-→2H₂O＋2e^-(2)

對(duì)于堿性燃料電池而言，使用陰離子傳導(dǎo)性電解質(zhì)作為電解質(zhì)膜和催化劑層的電解質(zhì)，因此，工作停止時(shí)，電解質(zhì)膜和催化劑層吸收環(huán)境中的二氧化碳(CO₂)，電解質(zhì)膜和催化劑層中的OH^-通過下式(3)和(4)所示的反應(yīng)置換成CO₃^2-和/或HCO₃^-(以下，有時(shí)稱為“CO₂來源的陰離子”)。

CO₂＋2OH^-→CO₃^2-＋H₂O????(3)

CO₂＋OH^-→HCO₃^-(4)

這樣的CO₂來源的陰離子的濃度上升(OH^-離子濃度的下降)會(huì)使電解質(zhì)的陰離子傳導(dǎo)率下降，從而使電池電阻顯著增大。

已知上述電池電阻增大的問題可以通過由燃料電池的工作產(chǎn)生的稱為自凈化的現(xiàn)象改善。自凈化是指通過燃料電池的工作使作為陰離子傳導(dǎo)率下降的主要原因的、電解質(zhì)膜和催化劑層中含有的CO₂來源的陰離子移動(dòng)到陽極并被燃料還原而以CO₂氣體的形式從陽極排出的現(xiàn)象，具體而言，可以由下式(5)和(6)表示。

H₂＋CO₃^2-→CO₂＋H₂O＋2e^-(5)

H₂＋2HCO₃^-→2CO₂＋2H₂O＋2e^-(6)

但是，如Yu?Matsui,Morihiro?Saito,Akimasa?Tasaka,and?Minoru?Inaba,ECS?Transactoins,25(13),105-110(2010)[非專利文獻(xiàn)1]所示，通過自凈化，大量的CO₂來源的陰離子再置換成OH^-，因此，能夠抑制電池電阻的增大，但是，以某一定量殘留的CO₂來源的陰離子通過自凈化而局部存在于陽極并累積，結(jié)果，存在陽極的反應(yīng)過電壓增高、發(fā)電效率降低的問題。