[發(fā)明專利]由薄多孔金屬板組成的電化學(xué)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910486390.0
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN110629247B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 美國分子工程股份有限公司
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/065;C25B11/075;C25B11/091;C25B11/077;C25B1/04;C25B9/19;H01M8/10
• 代理公司: 北京弘權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11363
• 代理人: 郭放;許偉群

使用薄微孔金屬板的電化學(xué)裝置。多孔金屬板可以具有小于200μm的厚度，提供孔徑在2.0nm至5.0μm范圍內(nèi)的三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)孔結(jié)構(gòu)，并且是導(dǎo)電的。通過提供反應(yīng)物/電子大的接觸表面積，微孔金屬片用于帶正電和/或帶負(fù)電的電極。納米級催化劑或特征可以添加進(jìn)含有亞微米級和微米級孔徑的多孔金屬片的孔內(nèi)，以增強(qiáng)反應(yīng)活性和容量。微孔陶瓷材料可以以小于40μm的厚度涂覆在多孔金屬板上，以增強(qiáng)多孔金屬板的功能。非導(dǎo)電性陶瓷涂層可用作膜分離器。電化學(xué)裝置可用于分解分子或合成分子，例如從水和氮分子合成氨。

相關(guān)專利申請的交叉引用

本申請要求2018年6月6日提交的美國臨時(shí)申請No.62/681,398的權(quán)益，該臨時(shí)申請通過引用整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例一般針對電化學(xué)系統(tǒng)及其操作，特別是針對由薄多孔金屬板組成的電化學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

膜分離器、正電電極和負(fù)電電極是電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的三個(gè)基本部件，如用于電解水、氨水的電化學(xué)生產(chǎn)、燃料電池和電池。帶負(fù)電荷的電極為電極中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)提供電子。在正電電極上，電子從電化學(xué)反應(yīng)中被移除。例如，在電解水時(shí)會發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng):

在帶負(fù)電荷的電極上：

2e^-+2H₂O→2OH^-+H₂

在帶正電荷的電極上：

2OH^-→2e^-+0.5O₂+H₂O

總的反應(yīng)是：

H₂O→H₂+0.5O₂

在氫氧化物電解液中操作氫燃料電池時(shí)，電極上發(fā)生以下反應(yīng)：

在帶負(fù)電荷的電極上：

2e^-+H₂O+0.5O₂→2OH^-

在帶正電荷的電極上：

H₂+2OH^-→2e^-+2H₂O

總的反應(yīng)是：

H₂+0.5O₂→H₂O

電化學(xué)轉(zhuǎn)換在許多重要的工業(yè)過程中被使用，并且對于從可再生能源或間歇性能源 (如風(fēng)能、太陽能和水力)中儲存電能變得越來越重要。氫和氧是兩種廣泛使用的氣體，在電解池中電解水可以產(chǎn)生。反之，在燃料電池中氫與氧的燃燒可以產(chǎn)生電能。充電電池廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備和電動(dòng)汽車，涉及可逆電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)在一些新興的過程中起了作用，例如用電能從水和氮生產(chǎn)氨。小型電化學(xué)裝置可用于根據(jù)需要生產(chǎn)氨，如提供氨用于選擇性催化還原車輛排氣中的一氧化氮。大型電化學(xué)裝置可用于利用風(fēng)能或太陽能生產(chǎn)氨，用于化肥或化學(xué)儲能介質(zhì)。

這些電化學(xué)裝置的一個(gè)常見需求是一個(gè)電極，它可以提供很高的比表面積積來讓電子與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)。大量的研究和開發(fā)工作致力于發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)化學(xué)，改進(jìn)電解質(zhì)材料，改進(jìn)催化劑和配方。然而，對電極主干結(jié)構(gòu)的改進(jìn)受到現(xiàn)有材料的局限性。這里描述的實(shí)施例填補(bǔ)了這個(gè)空白。

除了電極的支撐結(jié)構(gòu)外，下面描述的各種實(shí)施例為分離器提供了一種新的材料結(jié)構(gòu)。分離器作為電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的組成部分，具有下列一項(xiàng)或多項(xiàng)功能：i)使帶正電和負(fù)電的電極彼此保持絕緣以避免短路，ii)允許電解質(zhì)通過，而且iii)使兩個(gè)電極的反應(yīng)產(chǎn)物分離。