[發明專利]用于液體環境中的氣相反應物的電化學電池

在審

• 申請號: 201780017165.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN108779560A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 阿爾瑙·維達格爾·卡薩德瓦爾;拉斯穆斯·弗里登達爾
• 申請（專利權）人: HPNOW愛普斯學會
• 主分類號: C25B1/30
• 分類號: C25B1/30;C25B9/08;C25B9/10;C25B9/18;C25B15/08
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 康艷青;姚開麗

本發明針對一種用于從液體環境中的氣相反應物生產化學品的電化學電池。該電化學電池具有膜電極組件配置，并且包括陽極、離子交換膜和陰極。該膜電極組件與液體溶液直接接觸，以促進所產生的化學品的提取和處理，并且該氣體反應物通過液體被遞送到該膜電極組件。本發明涉及一種用于在化學品的合成中使用的方法和電化學電池。本發明涉及所使用的電催化劑以及其并入膜電極組件MEA中。本發明還涉及在膜電極組件、特別是氣體擴散層中使用的電極，以及用于將氣相反應物輸送到液體浸沒的膜電極組件中的方法。

技術領域

本發明涉及一種電化學電池，該電化學電池具有從液體環境中的氣相反應物生產化學品的改進的特性。該電化學電池具有膜電極組件配置，并且包括陽極、離子交換膜和陰極。該膜電極組件與液體溶液直接接觸，以促進所產生的化學品的提取和處理，并且該氣體反應物通過液體被遞送到該膜電極組件。

本發明還涉及一種用于在化學品的合成中使用的新穎方法和電化學電池。本發明涉及所使用的電催化劑以及其并入膜電極組件MEA中。本發明還涉及在膜電極組件、特別是氣體擴散層中使用的電極，以及用于將氣相反應物輸送到液體浸沒的膜電極組件中的方法。

背景技術

電化學方法是使用緊湊型反應器現場按需合成化學品的可行策略。例如，電化學方法如今用于合成在水處理和殺生物劑應用中使用的氯基化合物(例如次氯酸鈉)或用于從CO₂合成CO。

典型地，電化學電池由三部分構成：陽極、電解質和陰極。在陽極處發生氧化反應，而帶電物種通過電解質輸送并且在陰極處發生還原反應。

特別感興趣的是在過去幾十年中基于離子交換膜的電解質的發展。這些需要廣泛處理的替代液體電解質可能是危險的并且最終使所生成的產物的分離復雜化。術語電化學電池在本文件中是指膜電極組件，由此電解質是離子交換膜。構建包括催化劑涂覆的膜和氣體擴散電極的膜電極組件的標準技術是本領域從業人員所熟知的(參見例如Handbookof Fuel Cells:Fundamentals,Technology and Applications,Wiley VCH,2014[燃料電池手冊：基本原理、技術與應用，威利出版社，2014年])。膜電極組件在任一側上可以包括多于一個膜和多于一個氣體擴散層。

離子交換膜作為電解質的用途廣泛用于能量應用，例如在燃料電池和電解槽中，盡管允許容易地分離反應產物，但是迄今為止用于化學品合成的用途仍然有限。此種有限用途的原因之一是需要從膜電極組件中提取在電化學電池的催化劑層處合成的化學品。當需要將氣相反應物進料到電池中時，這尤其具有挑戰性，并且文獻中提出的大多數解決方案純粹依賴于反應物和產物的擴散(參見例如Handbook of Fuel Cells:Fundamentals,Technology and Applications,Wiley VCH,2014[燃料電池手冊：基本原理、技術與應用，威利出版社，2014年])。

為了促進產物的提取，一些從業人員已經變成將電極浸沒入液體溶液中。這樣，產物溶解到液體中并通過它擴散。這在液體電解質中廣泛實踐(參見例如美國專利號6,712,949，Gopal)，但未用于基于膜的電化學電池中，盡管這些電極在可擴展性和產物分離方面呈現出優點。

在膜電極組件配置中，需要通過氣體擴散層提取在離子交換膜附近形成的產物。例如來自催化劑分散的顆粒可以存在于氣體擴散層中，并在它們離開時通過化學或電化學手段分解產物。