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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Zellen, welche zur beweglichen und stationären elektrischen Energieerzeugung entwickelt worden sind. Ein Brennstoffzellaufbau verwendet eine feste Polymerelektrolyt(SPE)-Membran oder eine Protonenaustauschmembran (PEM), um zwischen der Anode und der Kathode einen Ionentransport zu schaffen. Es werden gasförmige und flüssige Brennstoffe eingesetzt, welche Protonen liefern können. Beispiele hierfür schließen Wasserstoff und Methanol ein, wobei Wasserstoff bevorzugt ist. Wasserstoff wird zu der Anode der Brennstoffzelle geliefert. Sauerstoff (als Luft) ist das Oxidationsmittel der Zelle und wird zu der Kathode der Zelle geliefert. Die Elektroden werden aus porösem leitfähigen Materialien, wie beispielsweise gewebtem Graphit, graphitierten Platten oder Kohlepapier, gebildet, um es zu ermöglichen, dass der Brennstoff über die Oberfläche der Membran, welche der Brennstoffzulieferelektrode gegenüberliegt, zu dispergieren. Jede Elektrode trägt fein verteilte Katalysatorpartikel, um die Ionisierung von Wasserstoff an der Anode und von Sauerstoff an der Kathode zu fördern. Durch die ionisch leitfähige Polymermembran fließen Protonen von der Anode zu der Kathode, wo diese mit Sauerstoffionen kombinieren, um Wasser zu bilden, welches aus der Zelle geführt wird. Leiterplatten tragen die an der Anode gebildeten Elektronen fort. Eine typische Brennstoffzelle wird in dem Patent
US 5,272,017 A und in dem Patent
US 5,316,871 A (Swathirajan et al.) beschrieben.
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Aus der
DE 103 25 012 A1 , die eine Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart, ist eine Brennstoffzelle bekannt, welche einen Fluorfilter enthält. Dabei kann der Fluorfilter beispielsweise ein fluorfilterndes Material enthalten, wie Hydroxylapatit.
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In der
DE 10 47 457 A1 wird eine Brennstoffzelle offenbart, welche als Antioxidationsmittel eine Alkylphosphonsäurehaltige Verbindung enthält.
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Gemäß der
DE 695 05 254 T2 weisen Azakronen kation-komplexierende Funktionalitäten auf.
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Weiterer Stand der Technik ist aus der wissenschaftlichen Publikation von E. Graf und J.-M. Lehn: ”Anion Cryptates: Highly Stable and Selective Macrotricyclic Anion Inclusion Complexes”, Journal of the American Chemical Society, 98:20, 29. September 1976, Seiten 6403–6405 bekannt.
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Derzeit nutzen PEM-Brennstoffzellen gemäß dem Stand der Technik eine Membran, welche aus perfluorierten Ionomeren, wie beispielsweise Nafion® von DuPont, hergestellt sind. Das Ionomer trägt für den Transport von Protonen durch die Membran von der Anode zu der Kathode angehängte ionisierbare Gruppen (beispielsweise Sulfonatgruppen). Allerdings treten in der Zelle unerwünschte Oxidationsreaktionen auf, welche aus der Polymermembran Fluoridanionen freisetzen. Und die Fluoridanionen fördern die Korrosion von Metallleiterplatten und von Katalysatorpartikeln. Solch ein Abbau greift in die Funktion der Membran ein und verkürzt die Lebensdauer der Brennstoffzelle.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Brennstoffzelle bereitzustellen, aus der Fluordanionen wirksam und effektiv entfernt werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzelle so modifiziert, dass diese ein Fängermittel enthält, um innerhalb der Zelle erzeugte Fluoridanionen einzufangen und zu halten, um die Fluoridionenreaktion mit Metalloberflächen in der Zelle zu begrenzen oder zu verhindern. Erfindungsgemäß enthält das Fängermittel Azakronenreste.
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Kronenether, in denen alle oder die meisten der Sauerstoffatome durch Stickstoffatome ersetzt sind, sind als Azakronen bekannt. Ein Beispiel für eine geeignete Azakrone ist 1,4,7,10-Cycloazadodecan. Wie bei Kronenethern sind die Moleküle von Azakronen ringartige Strukturen, bei denen jedoch Stickstoffatome um das Innere des Ringes herum positioniert sind. In einer sauren Umgebung werden diese Stickstoffatome protoniert und bilden einige Mengen an Ammoniumionen an einer Krone. Dieser Cluster von positiv geladenen Ionen bindet fest an Halogenidionen, wie beispielsweise Fluoridanionen, und wird diese aus dem Brennstoffzellelektrolyten einfangen. Dies wird eine Abnahme in der Konzentration an freien Fluoridionen verursachen, was wiederum die Geschwindigkeit der Korrosion der Metallleiterbasisplatten oder der Katalysatormetalle verringern wird.
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Azakronen sind im Allgemeinen in Wasser löslich. Um als Halogenidionenfänger in Brennstoffzellen geeignet zu sein, wird daher ein Azakronenrest in das Ionomer eingebaut, und zwar entweder in das Polymerrückgrat oder als gepfropfte Seitenketten. Dies wird geeigneterweise durch Modifikation von Azakronenmolekülen durch Anhaften einer chemischen Seitengruppe, welche in das Polymerrückgrat eintritt oder an der Polymerkette befestigt wird, erreicht. Der Ionenfänger kann auch an ein anderes Polymer oder an einen wasserunlöslichen Bestandteil in oder nahe dem Membranelektrodenaufbau verankert werden. So verankert werden die angehängten Azakronenreste Fluoridionen einfangen, welche von der Elektrolytmembran in die wässrige Umgebung freigesetzt worden sind, und deren Verfügbarkeit zum Fördern der inneren Zellkorrosion begrenzen. Die verankerten Azakronenreste verbleiben folglich über die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhältlich.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Azakrone periodisch in leicht löslicher molekularer Form in die Zelle injiziert werden und graduell durch das Wassernebenprodukt des Zellbetriebs aus der Zelle entfernt werden.
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Der Fluoridfänger gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Kombination mit anderen Fängerspezies für ungewünschte Ionen oder Radikale in der Zelle eingesetzt werden.
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Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die 1 ist eine schematische Ansicht einer nicht zusammengebauten elektrochemischen Brennstoffzelle mit einem Membranelektrodenaufbau (MEA) gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 ist eine bildhafte Illustration eines Querschnitts eines MEA gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 ist eine bildhafte Illustration eines MEA wie in der 2 und mit Graphitplatten.
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Die 4 ist eine bildhafte Illustration, welche eine vergrößerte Ansicht eines Teilstücks der Kathodenseite der 2 zeigt.
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Die 5 illustriert die zweidimensionale Kronenmolekülstruktur von protoniertem 1,4,7,10-Cycloazadodecan (CADD).
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Die 6 ist ein Diagramm der Fluoridionen, F–,-Konzentration in Millimol, mM, gegenüber der Konzentration an protonierter Azakrone (CADD) in mM. Die Datenpunkte mit dem gefüllten Kreis zeigen die gesamten F–-Ionen in Lösung und die Datenpunkte mit den gefüllten Rauten zeigen die freien F–-Ionen, d. h. Ionen, welche nicht von CADD eingefangen worden sind.
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Die 7 ist ein Diagramm der Einfangeffizienz für Fluoridionen einer Azakrone, CADD, in einer wässrigen Säurelösung gegenüber der Konzentration an protonierten Azakronen in mM.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur.
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Die vorliegende Erfindung ist auf das Ausbilden von Elektroden und Membranelektrodenaufbauten (MEA'en) für die Verwendung in Brennstoffzellen gerichtet.
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Vor der Beschreibung der Erfindung im Detail ist es nützlich, die Grundelemente einer exemplarischen Brennstoffzelle und die Bauteile des MEA's zu verstehen. Unter Bezugnahme auf die 1 ist eine elektrochemische Zelle 10 mit einer Kombination eines Membranelektrolyten und eines darin eingebauten Elektrodenaufbaus 12 in bildlich unzusammengesetzter Form dargestellt. Die elektrochemische Zelle 10 ist als eine Brennstoffzelle konstruiert. Allerdings ist die hier beschriebene Erfindung auf elektrochemische Zellen im Allgemeinen anwendbar. Die elektrochemische Zelle 10 umfasst Endplatten 14, 16 aus rostfreiem Stahl, Graphitblöcke 18, 20 mit Öffnungen 22, 24, um die Gasverteilung zu erleichtern, Dichtungen 26, 28, Kohlenstofftuchstromkollektoren 30, 32 mit entsprechenden Verbindungen 31, 33 und den Membranelektrolyten sowie den Elektrodenaufbau 12. Zwei Sätze von Graphitblöcken, Dichtungen und Stromkollektoren, nämlich 18, 26, 30 und 20, 28, 32, werden jeweils als entsprechende Gas- und Stromtransportmittel 36, 38 bezeichnet. Der Anodenanschluss 31 sowie der Kathodenanschluss 33 werden eingesetzt, um diese mit einer externen Schaltung zu verbinden, welche andere Brennstoffzellelemente in elektrisch paralleler oder Reihenverbindung einschließen kann.
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Die elektrochemische Brennstoffzelle 10 enthält gasförmige Reaktanden, von denen einer ein von der Brennstoffquelle 37 gelieferter Brennstoff ist und von denen ein anderer ein von der Quelle 39 geliefertes Oxidationsmittel ist. Die Gase von den Quellen 37, 39 diffundieren durch die entsprechenden Gas- und Stromtransportmittel 36 und 38 zu gegenüberliegenden Seiten des MEA's 12. 36 und 38 werden jeweils auch als elektrisch leitfähige Gasverteilermedien bezeichnet.
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Die 2 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf die 2 bilden die porösen Elektroden 40 eine Anode 42 an der Brennstoffseite und eine Kathode 44 an der Sauerstoffseite. Die Anode 42 ist von der Kathode 44 durch eine feste Polymerelektrolyt(SPE)-Membran 46 getrennt. Die SPE-Membran 46 liefert den Ionentransport, um die Reaktionen in der Brennstoffzelle 10 zu erleichtern. Die Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung schaffen einen Protonentransfer durch engen Kontakt zwischen der Elektrode und der Ionomermembran, um für einen solchen Protonentransfer einen im Wesentlichen kontinuierlichen Polymerkontakt zu liefern. Dementsprechend weist der MEA 12 der Zelle 10 eine Membran 46 mit voneinander beabstandeten ersten und zweiten gegenüberliegenden Oberflächen 50, 52 sowie eine Dicke oder einen Zwischenmembranbereich 53 zwischen den Oberflächen 50, 52, auf. Die entsprechenden Elektroden 40, nämlich die Anode 42 und die Kathode 44, sind an der Membran 46 an einer der entsprechenden Oberflächen 50, 52 befestigt.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen die entsprechenden Elektroden 40 (Anode 42, Kathode 44) des Weiteren an den entsprechenden Seiten der Membran 46 entsprechende weitere erste und zweite Teflon® beschichtete (mit Polytetrafluorethylen beschichtete, imprägnierte) Graphitplatten 80, 82 auf (3). Das aktive Anodenmaterial ist zwischen der ersten Oberfläche 50 der Membran und der ersten Platte 80 angeordnet; das aktive Kathodenmaterial ist zwischen der zweiten Oberfläche 52 und der zweiten Platte 82 angeordnet. Jede mit Teflon® beschichtete Platte 80, 82 ist ungefähr 0,19 bis 0,33 mm (7,5 bis 13 mils) dick.
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Wie in der 4 gezeigt, wird jede der Elektroden 40 aus einer entsprechenden Gruppe von fein verteilten Kohlenstoffpartikeln 60, welche sehr fein verteilte Katalysatorpartikel 62 tragen, und aus einem protonenleitfähigen Materials 64, welches mit den Partikeln vermischt ist, gebildet. Es sollte beachtet werden, dass die Kohlenstoffpartikel 60, welche die Anode 42 bilden, von den Kohlenstoffpartikeln 60, welche die Kathode 44 bilden, verschieden sein können. Des Weiteren kann sich der die Anode 42 beladende Katalysator von dem die Kathode 44 beladenden Katalysator unterscheiden. Obwohl sich die Eigenschaften der Kohlenstoffpartikel und des beladenden Katalysators für die Anode 42 und für die Kathode 44 unterscheiden können, ist die Grundstruktur der zwei Elektroden 40 andererseits, wie in dem aus der 2 entnommenen vergrößerten Teilstück der 4 dargestellt, im Allgemeinen ähnlich.
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Um einen kontinuierlichen Pfad zu schaffen, um H+-Ionen für die Reaktion zu dem Katalysator 62 zu leiten, ist das Protonen (Kationen) leitende Material 64 in jeder der Elektroden 40 dispergiert, mit den Kohlenstoff- und Katalysatorpartikeln 60, 62 vermischt und in einer Vielzahl der durch die Katalysatorpartikel definierten Poren angeordnet. Dementsprechend kann in der 4 gesehen werden, dass das Protonen leitende Material 64 Kohlenstoff und Katalysatorpartikel 60, 62 umfasst.
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Die feste Polymerelektrolytmembran (PEM) der Brennstoffzelle ist ein gut bekanntes Ionen leitendes Material. Typische PEM'en und MEA'en sind in den Patenten
US 6,663,994 A ;
US 6,566,004 A ;
US 6,524,736 A ;
US 6,521,381 A ;
US 6,074,692 A ;
US 5,316,871 A und
US 5,272,017 A beschrieben, von denen jedes hier als Referenz eingeführt wird und für jede General Motors Corporation Anmelderin ist.
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Die PEM ist aus Ionomeren gebildet und das Verfahren zum Bilden der Membranen aus Ionomeren ist in dem Stand der Technik gut bekannt. Ionomere (d. h. Ionenaustauschharze) sind Polymere, welche in ihren Strukturen ionische Gruppen enthalten, und zwar entweder in dem Rückgrat oder in der Seitenkette. Die ionischen Gruppen verleihen den Ionomeren und der PEM Ionenaustauscheigenschaften.
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Die Ionomere können entweder durch Polymerisieren einer Mischung von Bestandteilen, von denen jeder einen ionischen Bestandteil enthält, oder durch Anbringen von ionischen Gruppen an nichtionische Polymere hergestellt werden.
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Eine breite Klasse von Protonen leitenden Kationenaustauschharzen sind die sogenannten Sulfonsäurekationenaustauschharze, welche auf hydratisierten Sulfonsäuregruppen zum Leiten von Protonen beruhen. Die bevorzugten PEM'en sind perfluorierte Sulfonsäurearten. Diese Membranen sind kommerziell erhältlich. Beispielsweise ist Nafion® der Handelsname, welcher von E. I. DuPont de Nemours & Co. verwendet wird. Andere solche Membranen werden von Asahi Chemical und Asahi Glass Company etc. vertrieben. PEM'en diesen Typs sind aus Ionomeren gefertigt, welche durch Copolymerisieren von Tetrafluorethylen (TFE)- und Perfluorvinylether(VE)-Monomer enthaltend Sulfonylfluorid, gefolgt von einer Nachbehandlung, welche die Sulfonylfluoride zu Sulfonsäuregruppen umsetzt, erhalten werden. Beispiele für VE-Monomere sind: CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2F und CF2=CFOCF2CF2SO2F.
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Die Bauteile der Zelle 10 sind gegenüber Abbau oder Zersetzung durch den Angriff von Peroxidanionen und Radikalen, welche unerwünscht sind, aber beim Betrieb der Zelle 10 inhärent erzeugt werden, anfällig. Diese oxidierenden Spezies werden gleichzeitig mit der Reduktion von Sauerstoff auf der Kathodenseite des MEA's erzeugt. Diese können wegen des Transports von Sauerstoff durch die Polymerelektrolytenmembran auch an der Anodenseite des MEA erzeugt werden.
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Im Hinblick auf die Anwesenheit dieser unerwünschten chemisch oxidierenden Spezies ist es vorgeschlagen worden, eine Oxid/Peroxid-Radikalfängerkomponente, wie beispielsweise Hydrochinon oder andere geeignete chemische Spezies, in der Brennstoffzelle vorzusehen, um Peroxidkontaminanten abzuschwächen oder zu verbrauchen. Dieser Ansatz zum Schutz einer einen MEA enthaltenden Brennstoffzelle ist in der am 30. August 2004 durch die Erfinder dieser Erfindung eingereichten und der Anmelderin dieser Erfindung zugeordneten, parallelen anhängigen Patentanmeldung US 2006/0046120 A offenbart.
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Gemäß einem Aspekt dieser verwandten Offenbarung enthält das MEA-Teilstück der Zelle wenigstens einen Bestandteil in Ionentransferbeziehung mit der Peroxidkontaminante, wobei der Bestandteil die Zersetzung einer oder mehrerer Zellbestandteile durch die Peroxidkontaminante verhindert oder wenigstens inhibiert.
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Beispielsweise kann die PEM Polymermoleküle enthalten, welche Peroxid verbrauchende oder speichernde funktionelle Gruppen enthalten. Gemäß einem anderen Aspekt enthält wenigstens eine der ersten und/oder der zweiten Elektrode(n) einen Polymerbestandteil, welcher Peroxid verbrauchende oder speichernde funktionelle Gruppen enthält. Solche Peroxid abschwächende funktionelle Gruppen können aus Radikalfängern und Verbindungen, welche Peroxide zersetzen, ausgewählt sein. Gemäß einem weiteren Aspekt verhindert der Bestandteil die Zersetzung eines Zellbestandteils bzw. mehrerer anderer Zellbestandteile, wie beispielsweise der Dichtung, der Stromkollektorplatten, der Teflon®-Träger und dergleichen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Bestandteil ein Additiv, welcher in der Zelle in der Form eines dispergierten Feststoffs oder einer Lösung enthalten ist. Beispiele für solche Additive sind Radikalfänger und Verbindungen, welche Peroxide zersetzen.
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Realistisch gesehen ist es unwahrscheinlich, dass die Hydrochinone oder andere Peroxidfänger alle über die Lebensdauer eines brennstoffzellangetriebenen Kraftfahrzeuges gebildeten Peroxide einfangen und abbauen wird. Folglich verbleibt die Möglichkeit, dass ein gewisser Peroxidangriff von Fluor enthaltenden Polymeren der Zellmembran oder der Elektroden mit der Freisetzung von Fluoridanionen auftreten wird. Es bleibt wahrscheinlich, dass Fluoridanionen durch die Elektrolytmembran und in Kontakt mit der Kathode sowie der Anode wandern werden und mit auf diesen Elektroden getragenen Metallkatalysatorpartikeln reagieren werden und die auf diesen Elektroden getragenen Metallkatalysatorpartikeln zersetzen werden. Des Weiteren werden die Fluoridanionen in Kontakt mit Metallleiterplatten wandern und mit diesen reagieren, um ungewünschte Metallionen in die Zellumgebung freizusetzen und die Platten zu zersetzen. Das Ergebnis einer solchen Fluoridionenfreisetzung aus Zellmembran- und Elektrodenpolymerstrukturen ist die Verringerung der Leistung der Zelle und die Verkürzung ihrer Lebensdauer.
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Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird in der Zelle dafür Vorsorge getroffen, dass Fluoridanionen eingefangen werden, um den Schaden an Metallbestandteilen der Zelle zu verringern.
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Kronenether, in denen alle oder die meisten der Sauerstoffatome durch Stickstoffatome ersetzt sind, sind als Azakronen bekannt. Ein Beispiel für eine Azakronenverbindung ist 1,4,7,10-Cycloazadodecan (oder 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan). In einer Säureumgebung werden diese Azastickstoffatome protoniert und bilden einige Mengen von Ammoniumionen an einer Krone. Dieser Cluster von positiv geladenen Ionen bindet fest an Halogenidionen, wie Fluorid, und wird diese aus der Elektrolytumgebung einfangen. Von dem Fluoridanion, F–, ist gut bekannt, dass dieses starke Wasserstoffbindungen ausbildet und Azakronen werden durch die Kombination von hoher lokaler positiver Ladung und von Wasserstoffbindungen fest Halogenide binden. Dies wird eine Verringerung in der Konzentration freier Fluoridionen verursachen, was wiederum die Geschwindigkeit der Metallkorrosion verringern wird.
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Die Wirksamkeit einer repräsentativen Azakrone beim Einfangen von Fluoridanionen in Säurelösungen wurde durch die nachfolgenden Experimente demonstriert.
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Fluoridionenkonzentrationen wurden mit einer Orion fluoridselektiven Elektrode (FSE) und mit einem Orion Modell 710 Leitfähigkeits-/pH-Messgerät bestimmt. Die FSE wurde vor den Experimenten unter Verwendung von Lösungen mit bekannten Konzentrationen an NaF kalibriert. Eine Azakronenlösung (0,25 M wässrige Lösung von 1,4,7,10-Cycloazadodecan, CADD, siehe 5) wurde durch die Zugabe eines geeigneten Volumens 0,5 M wässriger Schwefelsäure protoniert. Bekannte Volumina (0,8; 1,2; 1,6; 2,6; 3,6; 4,6; 5,6; 6,6; 7,6; 8,6 und 9,6 ml) von protonierter Azakronenlösung wurden dann zu einem 50 ml Volumen einer 50 mM wässrigen NaF-Lösung (ISE-Potential: –93,3 mV) unter Verwendung einer Biohit Proline Pipette zugegeben und die entsprechenden FSE-Potentiale wurden nach jeder Zugabe aufgezeichnet, wenn das Potential einen stabilen Wert erreicht hatte. Das Experiment wurde unter konstantem Rühren bei einer Temperatur von 24°C durchgeführt.
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Die 6 zeigt den Effekt der Zugabe der Azakrone CADD auf die Aktivität der Fluoridionen unter Brennstoffzellbedingungen. Mit einer Erhöhung der Konzentrationen der Azakrone CADD werden mehr von den Fluoridionen eingefangen und von der Wanderung in die wässrige Säurelösung abgehalten. Die 7 zeigt, dass die Einfangeffizienz der Azakrone CADD bei einer Konzentration von ungefähr 23 mM in dem Säuremedium ungefähr 90% erreicht.
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Azakronen sind im Allgemeinen in Wasser löslich. Erfindungsgemäß werden die Azakronenmoleküle in das Elektrolytionomer eingebaut, und zwar entweder innerhalb ihres Polymerrückgrats oder als ein Teil von gepfropften Seitenketten oder -gruppen. So verankert an die Polymerquelle der Fluoridionen werden die Azakronenreste Fluoridionen einfangen, welche in die Wasser-Polymer-Elektrolytumgebung freigesetzt worden sind, und ihre Verfügbarkeit zum Fördern von innerer Zellkorrosion begrenzen. Die Strategie ist es, eine geeignete Anzahl von Azakronenresten an einigen Teilstücken der Membran zu verankern oder Elektrodenmaterialzusammensetzungen dazwischen zu schieben, um das Fluorid über einen geeigneten Zeitraum der Betriebszeit der Zelle zu fangen. Ein anderer Ansatz ist es, eine periodische Zugabe einer geeignet geringen Menge an Azakronen zu der Brennstoffzelle zu liefern und es zu ermöglichen, dass der Kronen-Fluorid-Komplex durch das Abwasser ausgewaschen wird.
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Kronenether und ihre Aza-Analoga konstituieren eine umfangreiche Familie von Verbindungen. Diejenigen Mitglieder mit einer ausreichend großen Kronenstruktur, um ein Fluoridanion einzufangen, können für die Verwendung in der Praxis der vorliegenden Erfindung angepasst werden. Um eine geeignete Azakrone an ein PEM-Substrat oder an ein anderes Polymersubstrat zu befestigen, wird es üblicherweise notwendig sein, ein peripheres Teilstück des Kronenmoleküls chemisch zu modifizieren, und zwar beispielsweise durch Anhängen einer Vinylgruppe zum Einbau in die Polymerkette der PEM oder durch Befestigen einer Grundgruppe zum Binden einer angehängten Säurefunktionalität. Offensichtlich können andere chemische Modifikationsstrategien angewendet werden, um Azakronenreste an PEM-Moleküle oder an andere Bestandteile der Elektroden-Elektrolyt-Umgebung zu befestigen.
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Die Fluorid einfangenden Bestandteile der vorliegenden Erfindung können alleine oder in Kombination mit einfangenden chemischen Gruppen oder Spezies für andere unerwünschte Materialien in der Elektrolytzelle eingesetzt werden. Wie zuvor erwähnt, ist es vorgeschlagen worden, in die Zelle Fängermaterialien für Peroxide und andere stark oxidierende Spezies einzubauen, welche in erster Linie Fluoridionen von Polymerbestandteilen der Zelle abtrennen. Offensichtlich können Fluoridfänger in Kombination mit solchen Zersetzern oder Fängern von Oxidationsmitteln, welche für die Funktion und die Lebensdauer der Elektrolytzelle nachteilig sind, eingesetzt werden.
