RU2126569C1 - Гальванический элемент для химического источника тока - Google Patents

Гальванический элемент для химического источника тока Download PDF

Info

Publication number
RU2126569C1
RU2126569C1 RU94015177A RU94015177A RU2126569C1 RU 2126569 C1 RU2126569 C1 RU 2126569C1 RU 94015177 A RU94015177 A RU 94015177A RU 94015177 A RU94015177 A RU 94015177A RU 2126569 C1 RU2126569 C1 RU 2126569C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
element according
electrodes
collectors
bipolar
end plates
Prior art date
Application number
RU94015177A
Other languages
English (en)
Other versions
RU94015177A (ru
Inventor
Файта Джузеппе
Мантегацца Клаудио
Original Assignee
Де Нора С.п.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Де Нора С.п.А. filed Critical Де Нора С.п.А.
Publication of RU94015177A publication Critical patent/RU94015177A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2126569C1 publication Critical patent/RU2126569C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H01M8/021—Alloys based on iron
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к топливным элементам или батареям. Согласно изобретению мембранный химический источник тока, в частности топливный элемент улучшенного типа, содержит большое число гальванических элементов, каждый из которых состоит из двухполюсных пластин, коллекторов тока, электродов и мембран, в котором функции передачи электрического тока через гальванические элементы, выделения тепла в наружную окружающую среду, распределения электрического тока к электродам и мембранам, отвода тепла от электродов и мембран и распределения реагентов и продуктов осуществляются определенными компонентами, в частности двухполюсными пластинами для первых двух и пористыми электропроводными коллекторами для других. Двухполюсные пластины могут иметь плоские поверхности без канавок и предпочтительно изготавливаются из алюминия, титана или их сплавов с помощью дешевой технологии массового производства, при этом двухполюсные пластины используются вместе с коллекторами, обладающими деформируемостью, остаточной упругостью и высокой пористостью. Эти коллекторы успешно действуют также в качестве распределителей газообразных реагентов и продуктов. Техническим результатом изобретения является улучшение тепло- и токосъема с электродов гальванического элемента. 31 з.п. ф-лы, 6 ил. 1 табл.

Description

Топливные элементы или батареи, снабжаемые реагентами, содержащими водород и кислород в анодной /отрицательная полярность/ и катодной /положительная полярность/ камерах соответственно, являются устройствами, отличающимися тем, что они вырабатывают электрический ток с эффективностью преобразования энергии, относящейся к теплотворной способности топлива, удвоенной или даже утроенной по сравнению с той, что типична для двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, некоторые топливные батареи или элементы могут работать при относительно низких температурах, например порядка 50 - 200oC, что делает их особенно пригодными для периодической работы, например, обычно типичной для выработки на месте небольшой электрической энергии /например, что требуется в механических мастерских/, а также для выработки энергии на борту транспортных средств. Такие применения являются также предпочтительными из-за свойства топливных батарей, являющихся абсолютно бесшумными, за исключением небольшого шума, связанного с работой вспомогательных устройств, как то вентиляторов и насосов для охлаждающего контура. Среди различных низкотемпературных топливных элементов особенно привлекательными для вышеупомянутых целей является тип, базирующийся на использовании ионнообменных мембран, в частности перфторированных сульфоновых мембран. Использование ионнообменных мембран, заменяющих обычные жидкие электролиты, позволяет создавать очень простые топливные элементы в виду отсутствия систем циркуляции и подпитки, которые необходимы при жидких электролитах, а также отсутствия проблем коррозии, обусловленных самими электролитами. Отсутствие электролита сказывается на возможности широкого выбора материалов, более легких и экономичных. Использование ионнообменных мембран, которые должны фактически рассматриваться как твердые электролиты, ставит проблему природы поверхности раздела с пористыми электродами, снабжаемыми водородом и кислородом. В случае с жидким электролитом, вследствие действия капиллярных сил, он проникает в поры пористых электродов, формируя там мениск, в котором происходит тройной контакт между жидкостью, газом и катализатором, как это требуется для высокоскоростного расходования водорода и кислорода соответственно.
В случае с ионнообменными мембранами контакт между самими мембранами и пористыми электродами неизбежно подвержен такому факту, что два компонента являются твердыми веществами, а поэтому образующаяся площадь тройного контакта ограничена площадями реальных физических контактов. Поэтому явление капиллярности, имеющее место в случае с жидкими электролитами, здесь невозможно. В результате этого, скорость расхода водорода и кислорода является довольно небольшой. Эта проблема решается за счет использования теплового прессования пористых электродов, изготовленных из электрокаталитических частиц, на мембраны, как описано в патенте США N 3134697. Дополнительные улучшения были получены за счет добавления электропроводящих частиц, полимерных связующих веществ и, в частности, материалов, способных улучшить миграцию протонов, как описано в патенте США N 4876115.
Однако, несмотря на эти улучшения и осуществления, ионнообменные мембранные топливные элементы тем не менее не достигли промышленного успеха. Одна из причин такого затруднения заключается в том, что конструкции мембранных топливных элементов, известных в данной области, не дали до сих пор удовлетворительного ответа на проблемы безопасности и стоимости изготовления в сочетании с типами материалов, используемых для конструкции, а также на нужды массового производства и простоту сборки. Такая ситуация обусловлена тем, что конструкция мембранного топливного элемента должна решать объективно сложную техническую проблему, т.е. обеспечение анодов, одновременно с однородным распределением электрического тока и реагентов, полным контактом с мембранами и эффективным отводом тепла, образующимся из-за неэффективности системы /перенапряжения, омического падения напряжения/. Конструкция известного топливного элемента обычно основывается на том, что электроды должны образовывать единую конструкцию с мембраной, полученной, как отмечалось выше, тепловым прессованием различных компонентов. Такая единая конструкция изнутри гарантирует лучший непрерывный контакт между мембраной и электродами. На этой основе была создана конструкция двухполюсной пластины для осуществления других задач по распределению газа и электрического тока и отводу тепла. Наилучшая предпочтительная геометрия в результате дает двухполюсную пластину, снабженную канавками, при этом канавки одной стороны располагаются под углом 90o относительно канавок другой стороны, как описано в патенте США N 4175165. В частности, катодная /положительная/ камера, где образуется вода и по всей вероятности встречается наличие жидкого конденсата, отличается наличием канавок, удерживаемых в вертикальном направлении для обеспечения наилучшего дренажа. В топливной батарее, составленной из большого числа гальванических элементов, каждый из последних содержит единую конструкцию электроды-мембрана, прочно зажатую между двумя сторонами двух соседних двухполюсных пластин. В частности, поскольку канавки пересекаются под 90o, то участками со значительным контактным давлением являются те участки, на которых канавки оказываются наложенными друг на друга, и, в частности, они образуют матрицу, состоящую из квадратов со стороной, равной ширине гребня канавки, и шагом, равным ширине "впадин" канавок. В результате распределение тока и отвод тепла, безусловно локализованного на участках большего контактного давления, могут быть сделаны достаточно однородными только за счет использования очень тонких канавок и увеличения насколько это возможно поперечной электрической и тепловой проводимостей электродов. Поэтому стоимость изготовления двухполюсных пластин является довольно высокой при рассмотрении необходимости довольно точной механической обработки поверхностей для получения канавок и гарантирования необходимой плоскостности, требующейся для по существу жесткой системы, в которой единственным элементом, по крайней мере частично снабженным упругостью, является конструкция электроды/мембраны. Тип требуемой обработки едва совместим с массовым производством, поскольку жестко ограничивает размеры двухполюсных пластин величинами, способными обеспечить производство электросиловых систем небольшого размера, как, например, которые необходимы для электрического транспортного средства, но безусловно слишком маленькие для других важных применений, которые предполагают стационарную выработку электроэнергии на месте, например, что требуется для локальных электрических генераторов механических мастерских. Необходимость ограничивать стоимость из-за обработки подтолкнула выбор в сторону материалов, способных формоваться и экструдироваться, в частности смесей из графита и полимерных связующих веществ, как описано в вышеупомянутом патенте США N 4175165.
Поскольку двухполюсные пластины должны обладать достаточной электро- и теплопроводностью, то содержание полимерного связующего вещества, смешанного с графитом, должно поддерживаться минимальным, но которое должно гарантировать необходимую формуемость. В результате этого прочность двухполюсной пластины оказывается не слишком высокой, безусловно не сравнимой с той, что присуща металлическим материалам. Кроме того, проницаемость для газов, даже если и минимальная, не может быть исключена. Поэтому очевидные возражения по поводу присущей безопасности топливных элементов, оборудованных графитовыми двухполюсными пластинами, возникают в отношении стойкости к механическим ударам и возможного высвобождения водорода, в частности, при работе под давлением. С другой стороны, металлы, которые обычно рассматриваются, т.е. титан, ниобий, тантал /известные как клапанные металлы, способные образовывать со временем защитный окисел, являющийся электроизолирующим/, нержавеющие стали и сверхлегированные сплавы, например различные типы сплавов хастеллой-R отличаются высокой стоимостью, большими удельными плотностями и ограниченной тепло- и электропроводностью. Кроме того, по крайней мере, клапанные металлы должны иметь электропроводное покрытие, способное поддерживать низкое удельное электрическое сопротивление, и это требование дополнительно повышает и без того высокую стоимость. Возможно также, что конструкция, предусматривающая канавки, может приводить к аномальной работе, когда распределение газа происходит только в продольном направлении вдоль канавок без какого-либо существенного смешивания в поперечном направлении.
Что касается электродов, то необходимость в высокой электрической и тепловой поперечной проводимости снижает выбор до нескольких типов, а использование единых конструкций электроды/мембрана влечет за собой дополнительную производственную операцию по тепловому прессованию. Эта операция является вдвойне дорогой с точки зрения рабочей силы и необходимого оборудования, как, например, мощных прессов, с регулируемой температурой пластин и очень жесткими требованиями к плоскостности.
Конструктивная модификация, описанная в патенте США N 4224121, содержит дополнение из одной или более металлических сеток, расположенных между снабженной канавками двухполюсной пластиной и единой конструкцией электроды/мембрана. Эта конструкция может улучшить распределение электрического тока, если, по крайней мере, сетка находится в контакте с поверхностью электродов и имеет мелкий размер ячеек, даже если это не достигает конечной цели - полной однородности в распределении на микромасштабном уровне. Действительно, привилегированными участками являются те, которые подвержены воздействию более высокого контактного давления, соответствующие пересечениям канавок. Кроме того, добавление пакета, содержащего определенное число сеток, обеспечивает систему с некоторой упругостью, и в результате этого плоскостность двухполюсной пластины становится не таким жестким требованием.
Конструкция двухполюсной пластины, позволяющая избежать усложнения механической обработки, требующейся для канавок, предусматривает использование волнистых листов, необязательно перфорированных, применяемых для электрического контакта между поверхностями электродов и плоских двухполюсных пластин, как описано в DE 4120359. Волнистые листы могут привариваться к двухполюсным пластинам или к поверхности электродов или к обоим. В простом и более дешевом варианте волнистые листы могут просто сжиматься между двухполюсными пластинами и едиными конструкциями электроды/мембраны. В этом последнем случае два листа на сторонах каждой одной конструкции электроды/мембрана должны обязательно располагаться, пересекая соответствующие волнистости или неровности, и участки со значительным контактным давлением являются те, где неровности неложились друг на друга. Устройства, включающие вышеупомянутые волнистые листы, подвержены по существу тем же недостаткам, что обсуждались для канавок, рассматривая распределение тока и газа, и более серьезным недостаткам, что касается отвода тепла, рассматривая уменьшенную толщину листов, необходимую для гарантирования определенной упругости. Очевидно также, что использование волнистых или неровных листов требует, чтобы электроды и мембрана образовывали единую конструкцию, которая может быть получена, как отмечалось выше, тепловым прессованием.
Другое известное конструктивное решение предусматривает использование пористых листов из спеченного металла, предназначенных для выполнения одновременно функции распределителей газа и тока. В этом случае топливный элемент должен быть сформирован единой конструкцией электроды/мембрана, зажатой между двумя листами из спеченного металла, которые в свою очередь сжаты между двумя плоскими двухполюсными пластинами, как описано в DE 4027655 C1.
В альтернативном варианте единая конструкция образована мембраной и только одним электродом, при этом второй электрод нанесен в виде электрокаталитического покрытия на поверхность листа спеченного металла. Гальванический элемент образован поэтому единой конструкцией электрод/мембрана, первым листом из спеченного металла в контакте с электродом и вторым листом из спеченого металла, имеющим электрокаталитическое покрытие, нанесенное на одну его сторону, в контакте с поверхностью мембраны без электрода, и весь этот пакет вставлен между двумя двухполюсными пластинами.
Так как листы из спеченного металла являются в основном жесткими, то неизбежная потеря плоскостности двухполюсными пластинами может компенсироваться только за счет деформации мембраны, являющейся самым слабым элементом с точки зрения механической стойкости. Следовательно, получаемая мембрана сильно напряжена и в ней могут образоваться дефекты, в частности наличие местных геометрических неровностей, например выступающих вершин листа из спеченого металла и внутренних пор самой мембраны. Такое отрицательное поведение может быть устранено только очень аккуратным механическим расплющиванием или правкой поверхностей двухполюсных пластин. Кроме того, коэффициент пустотности листов спеченного металла обычно низкий, а поэтому поток газа через листы влечет за собой высокие падения давления. В результате листы из спеченого металла могут использоваться в качестве распределителей тока, чтобы заменить сетки по патенту США N 4224121, но не в качестве распределителей газа. Поэтому по-прежнему необходимо использовать двухполюсные пластины, снабженные канавками со всеми вышеупомянутыми проблемами, связанными с механической обработкой и соответствующей стоимостью.
Описанные выше проблемы касаются также других типов гальванических элементов, снабженных электродами, питаемыми водородом и кислородом, аналогичными тем, что используются для топливных элементов. Типичными примерами являются гальванические элементы для концентрации водорода или кислорода или для электролиза соляных растворов электродами с газовой деполяризацией.
Главной целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного гальванического элемента, как, например, топливного элемента, способного устранить проблемы и недостатки известных конструкций. В частности, функции передачи электрического тока через гальванический элемент, выделение тепла во внешнюю окружающую среду, распределение электрического тока к электродам и мембранам, отвод тепла от электродов и мембран и распределение реагентов и продуктов осуществляются определенными компонентами, в частности двухполюсными пластинами для первых двух и пористыми электропроводными коллекторами для остальных. Ввиду такого разделения функций двухполюсные пластины могут иметь плоские поверхности без канавок. Поэтому гальванический элемент настоящего изобретения содержит двухполюсные пластины, предпочтительно изготовленные из алюминия, титана или их сплавов, полученные с помощью дешевых технологий массового производства, например резкой из коммерческих листов или отливкой в соответствующие формы. В частности, двухполюсные пластины не требуют механической правки поверхности или покрытия электропроводной защитной пленкой. Двухполюсные пластины настоящего изобретения используются в сочетании с коллекторами, обладающими деформируемостью и остаточной упругостью и способными прикладывать большое давление на участках контакта как с электродами, так и с двухполюсными пластинами. Коллекторы настоящего изобретения отличаются также высокой пористостью, а поэтому успешно действуют как распределители для реагентов и продуктов. При их высоких электрической и тепловой проводимостях коллекторы способны отводить тепло от мембран и электродов и эффективно передавать его двухполюсным пластинам, снабженным средством для его удаления. Эти и другие характеристики настоящего изобретения будут лучше показаны в последующем подробном описании и соответствующих примерах, которые не должны рассматриваться в качестве ограничений.
Настоящее изобретение, в частности, пригодно для создания улучшенных гальванических элементов для мембранных химических источников тока, а именно для низкотемпературных топливных элементов и еще точнее для ионнообменных мембранных топливных элементов. Эти элементы настоящего изобретения снабжаются реагентами, которыми могут быть газы, содержащие водород и кислород, соответственно в анодную камеру /отрицательная полярность/ и катодную камеру /положительная полярность/ каждого гальванического элемента, и продуктами, которыми являются как газы, так и жидкости, например вода. Как будет очевидно для специалиста в данной области, настоящее изобретение может быть полезно для областей, отличных от топливных элементов, в частности для электролиза воды, выполняемого прямо на чистой воде без электролитов, также как пар для электрохимической концентрации водорода и кислорода из газообразных реагентов, содержащих их даже в меньшем процентном отношении, для получения перекиси кислорода за счет уменьшения кислорода и для электролиза различных растворов с газовой деполяризацией анодов или катодов, когда эти процессы происходят в элементах, содержащих гальванические элементы, имеющие конструкцию, аналогичную гальваническому элементу настоящего изобретения.
Для лучшего понимания настоящего изобретения его описание сопровождается ссылками на прилагаемые чертежи, на которые одинаковые детали имеют одинаковые цифровые обозначения. А именно на фиг.1 изображен вид в поперечном сечении гальванического элемента согласно изобретению;
фиг. 2 и 3 - аксонометрические проекции деталей гальванического элемента согласно изобретению;
фиг.4 - вид в поперечном сечении прокладки-рамы в сочетании с электродом и коллектором;
фиг.5 - аксонометрическая проекция коллектора согласно изобретению;
фиг. 6 - вид в поперечном сечении варианта гальванического элемента согласно изобретению.
Как показано на фиг. 1, гальванический элемент настоящего изобретения содержит две двухполюсные пластины /1/, два коллектора /14/, две прокладки-рамы /8/, два электрокаталических электрода /7/ и ионнообменную мембрану /6/.
Как показано на фиг.2, двухполюсная пластина /1/ изготовлена из металлической пластины, которая может иметь плоскую поверхность в зоне контакта с коллектором /14/. Периферийная часть рамы двухполюсной пластины /1/ снабжена отверстиями /2/ и необязательно распределительными каналами /3/ для впуска и выпуска газов, отверстиями /4/ для прохождения стяжек /не показаны на чертежах/ и необязательно внутренними каналами /5/ для прохождения соответствующих охлаждающих средств. Размеры двухполюсной пластины диктуются поэтому необходимостью вмещать определенную активную площадь мембраны /6/ и электродов /7/ с соответствующими коллекторами /14/, а также отверстия /2, 4/ и каналы /3/. Главной характеристикой двухполюсных пластин настоящего изобретения является возможность быть изготовленной в больших количествах при умеренной стоимости путем резки коммерческих листов или путем отливки в соответствующие формы без какой-либо дополнительной механической правки поверхности. Двухполюсные пластины могут изготавливаться из алюминия, титана или их сплавов без потребности в электропроводной защитной пленке. Этот последний аспект будет проиллюстрирован более подробно при последующем описании. Очевидно, что могут использоваться другие металлы или сплавы, как, например, другие клапанные металлы /ниобий, тантал/, нержавеющие стали, а также высоколегированные стали, хромоникелевые сплавы, хотя менее эффективные по стоимости и более тяжелые из-за более высокой удельной плотности этих материалов. Когда конструкционными материалами являются алюминий или его сплавы, то высокая теплопроводность позволяет отводить тепло, образующееся во время работы элемента, за счет охлаждения периферийной части только двухполюсных пластин. По этой причине периферийная часть соответственно увеличена и отвод тепла может осуществляться за счет принудительной циркуляции воздуха или другого охлаждающего средства /не показано на чертежах/. В соответствии с этим вариантом двухполюсные пластины /1/, изготовленные из алюминия или его сплавов, не должны снабжаться внутренними каналами /5/, что делает конструкцию значительно проще и существенно уменьшает стоимость.
На фиг.3 прокладки-рамы /8/ содержат отверстия /9/ для впуска и выпуска реагентов и продуктов, собирающиеся с отверстиями /2/ двухполюсных пластин /1/, и необязательные отверстия /10/ для прохождения стяжек. Отверстия /10/ являются необязательными в возможном альтернативном варианте, у которого углы скруглены. Отверстия /9/ соединены с соответствующими каналами /11/, выполненными в толщине прокладки-рамы, и предназначены в сочетании с каналами /3/ для равномерного распределения и сбора реагентов и продуктов внутри элемента. Хотя необязательно, но предпочтительно выход для продуктов должен размещаться в нижней части, чтобы обеспечить более легкую очистку конденсата, который может образоваться в элементе во время работы.
Две поверхности прокладки-рамы могут быть неодинаковыми, в то время как одна в контакте с электродами /7/ и мембраной /6/ может быть плоской, другая - в контакте с двухполюсными пластинами - снабжена каналами /11/, как отмечалось выше, и ребрами /12/, т.е. линейными выступами, служащими для гарантирования необходимого уплотнения, чтобы предотвратить выход газов наружу или смешивание внутри элемента. Герметизация на стороне электрода гарантируется собственной упругостью каждой пары прокладка-рама/мембрана. По этой причине прокладка-рама изготавливается из эластомерного, способного отливаться материала. Требуемая упругость должна быть достаточной, чтобы обеспечить безопасное уплотнение под действием неизбыточной механической нагрузки с целью избежать того, чтобы деформация при сжатии могла перекрыть каналы /3/ и /11/ и чтобы мембрана подвергалась избыточному напряжению по периферии. Толщина прокладки-рамы диктуется не только механическими соображениями, но и необходимостью образовать внутреннее пространство, пригодное для прохождения газа. Прокладка-рама на фиг. 3 и 4 снабжена дополнительно буртиком /13/, идущим по внутренней кромке, для обеспечения быстрого размещения электрода /7/ и одновременного обеспечения гарантированной хорошей защиты мембраны /6/ от возможных неровностей по периферии коллекторов /14/, как, например, остаточных задиров или заусенцев от резки частей, имеющих требуемые размеры, из коммерческих листов.
На фиг. 4 более детально показан сборочный узел, состоящий из прокладки-рамы /8/, коллектора /14/, электрода /7/. Коллекторы /14/ настоящего изобретения предназначены для обеспечения одновременно следующего:
- множества контактных точек с электродами с целью сведения к минимуму рассеяния энергии, связанного с очень длинными поперечными траекториями электрического тока внутри электродов;
- низких величин контактного сопротивления с поверхностью двухполюсных пластин, предпочтительно изготовленных из пассивированных материалов, например алюминия, титана и их сплавов без защитных электропроводных пленок;
- теплопередачи от конструкций электроды/мембрана к двухполюсным пластинам /1/, необязательно снабженным каналами /5/, по которым проходит охлаждающее средство;
- продольного потока реагентов с небольшим падением давления и равномерного распределения по всей поверхности электродов /7/ вследствие большой возможности поперечного смещения;
- легкого слива жидкой воды, образующейся в результате конденсации внутри коллектора во время работы;
- деформируемости с достаточной остаточной упругостью при сжатии, что требуется для компенсации неизбежных дефектов плоскостности различных компонентов элемента, в частности двухполюсных пластин, поверхность которых в идеале не подвергается точной механической чистовой обработке. Определенная степень остаточной упругости также необходима для поддержания под постоянным давлением конструкции электрод/мембрана с целью компенсации теплового расширения различных компонентов во время включения, выключения и изменений электрических нагрузок.
Вышеуказанные преимущества достигаются за счет использования коллекторов, имеющих конструкцию, аналогичную трехмерным решеткам из металлической проволоки, предпочтительно прикрепленным друг к другу во взаимосвязанных точках. За счет соответствующего подбора диаметра проволоки и расстояния между взаимосвязанными точками может быть легко получен оптимальный коэффициент пористости, который должен предпочтительно отличаться высокими величинами. Желаемые размеры пор должны быть достаточно небольшими, чтобы обеспечить необходимое множество контактных точек, но при этом достаточно большими для сведения к минимуму капиллярного явления, связанного с проблемами по удалению конденсата. Указанное явление может быть дополнительно уменьшено, если решетка из металлической проволоки и каналы /3 и 11/ делаются гидрофобными, например, путем погружения в раствор, содержащий соответствующий гидрофобный агент, после чего следует сушка. Особенно предпочтительным раствором является эмульсия из политетрафторэтиленовых частиц. Традиционные решетки вышеуказанного типа являются матрицами, описанными в патенте США N 4340452, для использования в ячейках для электролиза с целью гарантирования электрической непрерывности между жесткими токораспределителями и электродом, выполненным из тонкого листа, в присутствии электролита, обладающего высокой проводимостью со средней плотностью тока. В этих условиях оптимальные результаты уже получены с небольшими давлениями, приложенными к коллектору /десятки-сотни граммов на кв.см/, и с коллекторами, состоящими из трехмерных решеток, имеющих относительно удаленные в стороны взаимосвязанные точки /несколько миллиметров/. Предпочтительно эти матрицы являются тканями из металлической проволоки или сетками, у которых проволоки образуют ряды спиралей, волн или извитостей или другие неровные контуры. Более предпочтительно матрицы состоят из ряда геликоидальных цилиндрических спиралей из проволоки, спирали которых взаимно навиты с одной из соседних спиралей в виде переплетения или взаимного переплетения.
В данном случае было установлено, что для лучшей характеристики пустоты решетки должны быть такими, чтобы они оставляли метки размером 0,1 - 3 мм на чувствительной к давлению бумаге, тогда как давления, прикладываемые к двухполюсным пластинам, показательно составляли от 0,1 до 10 кг/см2. В альтернативном решении трехмерная решетка может отличаться также поверхностью, содержащей концевые секции по крайней мере части металлических проволок, причем этот признак позволяет получить высокие локализованные давления в близко расположенных, ограниченных по площади точках и, следовательно, низкие величины контактного сопротивления.
На фиг. 5 коллектор /14/ представлен решеткой или каркасом с поверхностью, снабженной концевыми секциями /15/, эффективность которых была продемонстрирована замерами электрического сопротивления, проведенными на узлах, моделирующих гальванический элемент настоящего изобретения, содержащих две плоские пластины из алюминиевого сплава, полученные литьем без какой-либо дополнительной механической чистовой обработки, два коллектора из никеля толщиной 2 мм, имеющих поры в количестве до 100/см2 /средний размер пор: 1 мм/, два электрода, продающихся под торговой маркой Элат фирмой Е-Тех, США, удерживающих между собой мембрану Nafion (R) 117, поставляемую фирмой Дюпон, США. Замеренное электрическое сопротивление составило 100 - 5 мОм/см2 при давлениях 0,1 - 80 кг/см2, соответственно прикладываемых к алюминиевым пластинам. Замеренные величины оставались постоянными даже в условиях нахождения узла в атмосфере пара при 100oC, что может случиться в условиях реальной работы.
Аналогичные результаты были получены с металлическими пластинами из титана. Электрические сопротивления, замеренные в тех же условиях и с теми же узлами, но без коллекторов настоящего изобретения, дали величины порядка от 200 до 1000 мОм/см2, которые абсолютно неприемлемы для элемента, представляющего промышленный интерес. Тот факт, что электрическое сопротивление оказалось неожиданно низким и стабильным по времени даже в атмосфере пара при 100oC, показывает, что в противоположность тому, что известно в этой области, двухполюсные пластины могут изготавливаться из алюминия, титана или их сплавов без электропроводных защитных покрытий, когда они используются в сочетании с коллекторами настоящего изобретения. Поскольку известно, что алюминий, титан и их сплавы покрываются со временем электроизолирующим окислом, то можно предположить, не привязывая настоящее изобретение ни к какой-либо конкретной теории, что высокое давление, локализованное в ограниченных по площади контактных точках между двухполюсными пластинами и коллекторами настоящего изобретения, вызывает разрушение этой пленки или предотвращает ее образование. Это контактное давление, вероятно, примерно на один порядок величины выше, чем давление, прикладываемое к двухполюсным пластинам.
Кроме того, как уже отмечалось, двухполюсные пластины могут успешно использоваться сами по себе после литья или вырезания из коммерческих листов без какой-либо потребности в последующей механической доводке. Этот результат, вероятно, обеспечивается за счет деформируемости коллектора и за счет его остаточной упругости, позволяющих компенсировать возможные отклонения от плоскостности, типичных для необработанных деталей. Так как деформируемость коллекторов согласно настоящему изобретению является относительно небольшой под давлением, обычно прикладываемым к двухполюсным пластинам /порядка несколько десятых процента толщины/, то можно допустить, что электроды также содействуют компенсации отклонений плоскостности двухполюсных пластин. В частности, для поддержания напряжений на мембранах в приемлемых значениях электроды должны обладать значительной деформируемостью. По этой причине было установлено, что наилучшие результаты с точки зрения отсутствия механических повреждений в мембранах достигаются, когда электроды содержат деформирующийся слой, например углеродную ткань. Двухполюсные пластины могут быть как с канавками, так и плоскими, причем последние являются предпочтительнее с точки зрения более низкой стоимости изготовления. Что касается конструкции коллектора на фиг.5, то эта трехмерная решетка или каркас может быть получена, начиная с образования развитой пены, имеющей открытые ячейки, в пластмассовом материале, например полиуретане, который предварительно обрабатывается для получения определенной электрической проводимости /например, вакуумной металлизацией или осаждением металла в электролитической ванне, как известно в данной области, или пиролизом в инертной атмосфере или вакууме для получения углистого материала, необязательно частично графитированного/. Предварительно обработанный таким образом материал подвергается электрохимическому осаждению требуемого металла или сплава, например никеля, меди или их сплавов с другими металлами, до получения требуемой толщины. Поры в материале преимущественно имеют размеры порядка от 1 до 3 мм, а диаметр металлических проволок колеблется от 0,01 до 1 мм, позицией /15/ на фиг. 5 обозначены концевые секции или части металлических проволок, которые, как показано выше, гарантируют множество контактных точек при высоком локализованном давлении на небольших участках, представленных поперечными сечениями этих концевых секций. Толщина коллектора, как видно из фиг.1, представлена толщиной прокладки-рамы, уменьшенной на толщину электрода. Толщина коллектора в общем составляет от 0,5 до 5 мм и предпочтительно от 1 до 2 мм. Решетка или каркас, представленный на фиг.5, описан в EP публикации 0266312 A1, заявляющей его использование как растянутого электрода для электролиза из водных разбавленных растворов ионов металла, и в патенте США N 4657650, описывающем его применение в качестве наружного электрического контакта для соединения элементарных элементов в электролизер.
Необязательно трехмерная решетка или каркас /сетчатый материал/ в соответствии с настоящим изобретением может быть также использован в сочетании с металлической сеткой или графитированной угольной сеткой, установленной между сетчатым материалом и конструкцией электрод/мембрана. В этой двухслойной конструкции коллектора сетка, которая может быть, в частности, мелкой /например, размер отверстий сетки менее 1 мм/, гарантирует необходимое множество контактных точек с электродом, тогда как сетчатый материал может выбираться более свободно, например, с особенно большими пустотами, чтобы обеспечить максимальное просачивание воды, которая могла конденсироваться изнутри. Использование сетки позволяет также гарантировать более высокую защиту мембраны в случае, когда сетчатый материал имеет поверхность с особо выраженными острыми выступами.
В другом варианте коллектор настоящего изобретения просто выполнен из одной или более наложенных друг на друга сеток, изготовленных из сплетенной металлической проволоки, имеющей отверстия менее чем 3 мм, предпочтительно менее чем 1 мм, чтобы гарантировать множество контактных точек между электродами и двухполюсными пластинами. Высокие контактные давления, в частности, на стороне двухполюсной пластины достигаются, когда проволока, использующаяся для изготовления сеток, имеет четырехугольную форму в поперечном сечении, однако могут использоваться и другие многоугольные формы в поперечном сечении. В данном случае продольные кромки проволоки в наложенных точках образуют полезную зону неровностей, которые вдавливаются в металлическую поверхность двухполюсной пластины. Альтернативный вариант сетки, который также является целесообразным, представлен развитыми или раскатанными металлическими поверхностями, полученными предварительной резкой тонких листов и последующим раскатывание. Таким образом, сетка получается с отверстиями различной формы, например ромбоидальной, при этом части металла, образующие отверстия сетки, повернуты относительно плоскости самих полосок металла. Поэтому, когда расширенный металлический лист прижимается к плоским поверхностям, то вершины повернутых частей металла становятся участками контакта. По крайней мере одна пара из вышеописанных сеток используется, чтобы обеспечить более высокие упругости и деформируемость, проницаемость для газообразных реагентов и просачивание водного конденсата. Для этого последнего случая сетки могут отличаться различными отверстиями, в частности мелкой сеткой для той, что в контакте с электродами, и более крупной сеткой, находящейся в контакте с двухполюсной пластиной.
Другой вариант настоящего изобретения предусматривает одновременное использование вышеописанных коллекторов настоящего изобретения и, в частности, сетчатого материала на одной стороне мембраны и одной или более сеток, необязательно имеющих разные размеры отверстий, на другой стороне. Кроме того, коллектор настоящего изобретения, изготовленный или из сетчатого материала или из наложенных сеток, может использоваться только на одной стороне мембраны, тогда как на другой ее стороне используется жесткий проводящий пористый материал, например слой из спеченного металла. Последний должен быть достаточно тонким, чтобы соответствовать профилю двухполюсной пластины, которая не является идеально плоской под действием прикладываемого давления. Коэффициент пористости и размеры пор слоя спеченого металла должны быть уже описанного типа для коллекторов настоящего изобретения, чтобы обеспечить поток реагентов и продуктов, стекание водного конденсата и множество контактных точек с электродами и двухполюсными пластинами.
Металл, формирующий коллектор настоящего изобретения, должен противостоять возможным агрессивным условиям, которые могут быть особенно тяжелыми, когда элемент снабжается воздухом на камеры положительного полюса и/или смесью двуокиси углерода и водорода из камеры отрицательного полюса. В таких условиях возможные водные конденсаты являются кислотными. Учитывая обе эти возможности, а также тот факт, что рабочая температура выше, чем комнатная температура, наиболее выгодным металлом является нержавеющая сталь из 18 хрома-10 никеля, предпочтительно высоколегированная сталь, хромоникелевые сплавы, титан, ниобий или другие клапанные металлы. Коллекторы и двухполюсные пластины настоящего изобретения могут необязательно покрываться электропроводной защитной пленкой, например, выполненной из металлов платиновой группы или их окислов. Или же защитная пленка может быть выполнена из проводящих полимеров типа содержащих от природы проводящие материалы, как то полиацетилены, полипирроли, полиамелины или т.п., или пластмассовые материалы, содержащие порошки /например, графитовый порошок/.
На фиг. 1 и 6 хорошо видно, что каждая пара двухполюсных пластин /1/ из алюминия или другого пассивированного материала или их сплавов удерживает сжатыми внутри два коллектора /14/ настоящего изобретения, два электрода /7/ и мембрану /6/. Электроды, как известно, перед установкой между двухполюсными пластинами и коллекторами крепятся к мембране под давлением и нагреванием, вероятно, после нанесения на поверхность электродов суспензии или раствора, содержащего полимер, формирующий мембрану, с целью облегчить как крепление электрода к мембране, так и формирование большой площади тройного контакта между газом, мембраной и каталитическими частицами электродов. Если мембраны и электроды скреплены вместе для образования единой конструкции, то двухполюсные пластины и коллекторы настоящего изобретения не создают никакого существенного улучшения в характеристике гальванического элемента по сравнению с известными конструкциями. Поэтому преимущества настоящего изобретения в данном случае ограничены повышенной простотой и низкой стоимостью изготовления, в частности, для двухполюсных пластин, выполненных из алюминия или других пассивированных металлов без какого-либо защитного покрытия.
Неожиданно было установлено, что двухполюсные пластины и коллекторы настоящего изобретения позволяют получить оптимальные характеристики у элемента, когда электроды в противоположность тому, что известно, предварительно не крепятся к мембране, что, очевидно, позволяет уменьшить стоимость изготовления и ограничить опасность повреждения хрупкой мембраны. Не связывая обоснованность настоящего изобретения с какой-либо конкретной теорией, можно предположить, что множество контактных точек и высокое давление, получаемое в этих точках, типичное для вышеупомянутых коллекторов, способны поддерживать высокий процент площади электродов в тесном механическом контакте с мембраной. В результате ряд каталитических частиц, заключенных в поверхности мембраны /зона тройного контакта/, являются сходными в случае настоящего изобретения с электродами, только лежащими на мембране, а для случая, описанного в известном уровне техники, с электродами, прикрепленными к мембране. И наоборот, было установлено, что с коллекторами, состоящими из волнистых листов, или просто с двухполюсными пластинами с канавками, как известно, в данной области характеристики являются приемлемыми только тогда, когда электроды прикреплены к мембране. Как отмечалось выше, с такими коллекторами контактные участки под достаточно большим давлением ограничены только точками пересечения канавок или неровностей, а поэтому включают ограниченную часть электродной поверхности, которая является единственной, находящейся в контакте с мембраной. На остальной части электродной поверхности контактное давление с мембраной равно нулю и во время работы разное расширение мембраны и электродов может привести к разъединению поверхностей. Поэтому эта оставшаяся часть никак не влияет на характеристику элемента. Эти соображения объясняют почему известный уровень техники описывает крепление электродов к мембране как важный фактор для достижения хорошей характеристики элементов с коллекторами, снабженными канавками или неровностями.
Оптимальные результаты, полученные в соответствии с настоящим изобретением с электродами, не прикрепленными к мембране, объясняются, вероятно, второй характеристикой коллекторов, т.е. деформируемостью и остаточной упругостью при сжатии. Эта характеристика позволяет фактически компенсировать небольшие отклонения от плоскостности плоских двухполюсных пластин, поверхность которых не подвергалась механической правке.
Компенсация дефектов плоскостности позволяет поддержать контакт, равномерно распределенный по всей поверхности двухполюсных пластин, электродов и мембран, гарантируя тем самым оптимальные характеристики за счет однородного распределения тока. Как уже отмечалось, для максимизации свойства деформируемости электродам /7/ целесообразно придать способную к деформации конструкцию. Поэтому, даже если электроды могут быть выполнены, как уже отмечалось, в виде пористых листов, изготовленных из спеченной смеси, содержащей порошки из электропроводных и электрокаталитических материалов, полимерного связующего вещества и необязательно агентов, пригодных для улучшения образования пор, предпочтительно они изготавливаются из пористого деформирующегося слоя проводящего материала. На этот слой наносится суспензия путем распыления или кистью, или любым другим аналогичным способом. Суспензия состоит из жидкого носителя, порошков из электрокаталитических частиц и электропроводящих материалов и полимерного связующего вещества, необязательно содержащего ионные группы с гидрофобными или гидрофильными свойствами, направленными на регулирование увлажняемости системы. Пористый слой затем высушивается и подвергается тепловой обработке, направленной на механическую стабилизацию нанесенного материала. Подходящие слои изготовлены из углеродной ткани или копировальной бумаги, необязательно графитированной. Углеродная ткань является предпочтительной ввиду ее более высокой деформируемости и гибкости, облегчающих манипулирование и сборку элемента. Изделия такого типа, содержащие платину в качестве катализатора и политетрафторэтилен в качестве полимерного компонента, поставляются различными фирмами, например Е-ТЕК, США под торговым названием Элат (Elat). Эти изделия могут использоваться сами по себе или после окраски суспензией или краской, содержащей ионный полимер, аналогичный тому, что формирует мембрану. Другие типы пористых слоев изготавливаются из слоев спеченного металла или мелких сеток, или многослойных тканей, например, изготовленных из различных типов нержавеющей стали, высоколегированных сталей или сплавов из никеля, хрома и титана. Вообще многослойные ткани являются предпочтительными ввиду их деформируемости. В другом варианте вышеуказанные слои, когда они изготовлены из многослойной ткани, могут одновременно действовать как коллекторы и электроды. В этом случае вышеупомянутая суспензия, содержащая электрокаталитические частицы, наносится только на поверхность, которая будет контактировать с мембраной.
На фиг.6 показан узел, выполненный из большого числа гальванических элементов, аналогичных представленному на фиг.1, для образования электролизера, согласно настоящему изобретению содержащий двухполюсные пластины /1/, коллекторы /14/, электроды /7/, прокладки-рамы /8/, ионнообменные мембраны /6/, торцевые пластины /18/, прижимные пластины /17/. Двухполюсные пластины /1/ снабжены внешними соединениями /16/, которые, однажды соединенные, обеспечивают короткое замыкание двух или более двухполюсных пластин гальванических элементов в случае неисправности. Такой же результат может быть получен с двухполюсными пластинами, снабженными углублениями соответствующей формы. Такая конструкция обеспечивает безопасную работу электролизера, содержащего большое число гальванических элементов, соединенных в электрические ряды, и это является поэтому очень удобным с практической точки зрения. Следует также отметить, что короткое замыкание является эффективным только в том случае, если омическое падение напряжения в короткозамкнутых двухполюсных пластинах, поперечно пересекаемых электрическим током, является ничтожно малым, что достигается в двухполюсных пластинах, изготовленных из высокопроводящих материалов, например алюминия или его сплавов.
Приводимые ниже примеры, неограничивающие настоящего изобретения, служат для лучшего его объяснения. В целях удобства примеры ограничены рассмотрением случаев с топливными элементами.
Примеры.
Пример 1. Четыре топливных элемента, каждый из которых состоит из трех гальванических элементов, содержащих две прижимные пластины /17 на фиг.6/, две торцевые пластины /18 на фиг.6/ и две двухполюсные пластины /1/, три пары коллекторов /14/, три пары электродов /7/, три мембраны и три пары прокладки-рамы /8/, были собраны как показано на фиг.6. Общие условия работы, сохранявшиеся постоянными во время всех испытаний, были следующими:
- размеры электродов и коллекторов: 10 х 10 см2;
- мембраны Нафион /Р/117, поставляемые фирмой Дюпон, США;
- активная площадь мембраны: 10 х 10 см2;
- формованные прокладки-рамы, имеющие внутренние размеры 10 х 10 см2 и наружные размеры 20 х 20 см2, толщину 2 мм, снабженные отверстиями /9/ и /10/, каналами /11/, ребрами /12/ высотой 0,1 мм, внутренним уступом /13/ глубиной 0,5 мм с наружными размерами 11 х 11 см2, как показано на фиг.3. Конструкционный материал: Hytrel (R), продаваемый фирмой Дюпон, США;
- двухполюсные пластины и торцевые пластины с наружными размерами 20 х 20 см2, снабженные отверстиями /2/ и /4/, и другими характеристиками, как будет приведено ниже;
- подача к анодным /отрицательным/ камерам чистого воздуха под давлением 2 ат, предварительно нагретого и предварительно увлажненного при 70oC во внешнем увлажнителе воздуха, при этом скорость потока удвоена по сравнению со стехиометрией реакции;
- подача к катодным /положительным/ камерам чистого воздуха под давлением 2,1 ат, предварительно нагретого и предварительно увлажненного при 50oC во внешнем увлажнителе воздуха с тройным увеличением скорости потока по отношению к стехиометрии реакции;
- рабочая температура: 80oC,
- полный ток: 5,0 А, соответствующий плотности тока на активной площади электродов, равной 5000 А/м2;
- общее полное рабочее время для каждого испытания как отмечается ниже, но в любом случае оно составляет от 300 до 400 часов от пуска до отключения в начале и в конце каждого рабочего дня.
Каждый топливный элемент мог включать следующие альтернативы:
A. Двухполюсные пластины и торцевые пластины из алюминиевого сплава типа UN1 5076 /Итальянский стандарт/, полученные литьем под давлением, имеющие толщину 5 мм, снабженные внутренними каналами для охлаждения /5/, выполненными из нержавеющей стали 18 хромо-10 никелевого типа диаметром 3 мм, и каналами /3/, как показано на фиг.1 и 2.
B. Те же двухполюсные пластины и торцевые пластины, что в п.A, но отличающиеся конструкционным материалом -титаном вместо алюминиевого сплава.
C. Двухполюсные пластины и торцевые пластины, выполненные из алюминиевого сплава типа Антикородол /Итальянские стандарты/, полученные резкой коммерческих листов, толщиной 3 мм, без внутренних охлаждающих каналов /5/ и каналов /3/. В этом случае наружные размеры пластин до 30 х 30 см2, чтобы обеспечить охлаждение за счет нагнетания воздуха.
D. Те же двухполюсные пластины, что в п. C, но контактная поверхность которых с электродами покрыта хромовой пленкой, полученной гальваническим осаждением.
E. Те же двухполюсные пластины, что в п. C, но контактная поверхность которых с коллекторами покрыта пленкой из полимерной проводящей пленки, относящейся к группе полианилина.
F. Электроды, изготовленные из гибкой проводящей углеродной ткани, одна сторона которой покрыта пленкой, содержащей электрокаталитические платиновые частицы, расположенные на активном угле и полимерном связующем веществе, а другая ее сторона покрыта гидрофобной пористой и проводящей пленкой на основе политетрафторэтилена, поставляемой Е-ТЕК, США под торговым названием Элат: толщиной 0,5 мм с платиновой нагрузкой в 0,5 мг/см2.
G. Те же электроды, что в п. F, но с дополнительным нанесением полимера, аналогичного мембранному, на сторону, содержащую катализатор, нанесенного кистью или распылением с раствором из перфторированного полимера, содержащего сульфонные группы, продаваемого Solution Technology США под торговым названием Нафион Сольюшен 5%.
H. Те же электроды, что в п. G, но при этом углеродная ткань заменена на проводящую копировальную жесткую графитовую бумагу, поставляемую Торей, Япония, под торговым названием TG HP 030.
I. Те же электроды, что в п. G, но гибкая углеродная ткань заменена многослойной тканью из нержавеющей стали 18 хромо-10 никелево-2 молибденового типа.
L. Коллекторы в сетчатом материале, как показано на фиг.5, изготовлены из 50 хромо-50 никелевого сплава, имеющего средний диаметр пор порядка 0,2 мм и толщину 2 мм.
Материалы такого типа в настоящее время поставляются различными фирмами и обычно называются "металлическими пенами".
M. Те же коллекторы, что в п. L, имеющие средний диаметр пор порядка 1 мм.
N. Те же коллекторы, что в п. L, имеющие средний диаметр пор порядка 3 мм.
O. Коллекторы, состоящие из трех наложенных друг на друга сеток, изготовленных из 18 хромо-10 никелевой нержавеющей стальной проволоки диаметром 0,3 мм, образующей сетку с отверстиями 0,5 х 0,5 мм.
P. Коллекторы, состоящие из двух титановых раскатанных листов, снабженных отверстиями ромбовидной формы с главным размером соответственно 1 мм /раскатанный лист на стороне электрода/ и 3 мм /раскатанный лист на стороне двухполюсной пластины/, полученные из листа толщиной 0,5 мм и покрытые слоем платины толщиной 0,3 мм методом гальванического осаждения.
Q. Коллекторы, состоящие из многослойной ткани, полученной из металлической проволоки диаметром 0,15 мм, изготовленной из нержавеющей стали 18 хромо-10 никелево-2 молибдевнового типа, толщиной 2 мм под сжатием, поставляемой Костакурта, Италия.
R. Коллекторы, изготовленные из слоя спеченного металла, например, нержавеющей стали, 18 хромо-10 никелевого типа, толщиной 2 мм.
Средние напряжения, относящиеся к гальваническому элементу и выраженные в вольтах, приведены в таблицы для топливных элементов, снабженных двухполюсными пластинами типа A.
Температура пластин регулировалась принудительной циркуляцией умягченной воды при 75oC.
Данные, приведенные в таблице, могут быть прокомментированы следующим образов:
- данные, полученные с электродами, прикрепленными к мембране
- линия L /+/ представляет сравнение с существующими конструкциями. Понятно, что предварительная обработка электродов полимерным раствором, аналогичным мембранному, предполагает определенное улучшение характеристик.
- Множество контактных точек на единицу поверхностной площади является средством достижения оптимальной характеристики. Трехмерная решетка типа N, отличающаяся порами, имеющими средний размер 3 мм, в действительности постоянно характеризуется недостаточными напряжениями.
- Деформируемость коллекторов и электродов является ключевым фактором, как показали неудовлетворительные напряжения, полученные со спеченными материалами /линия R/ и жесткой графитовой бумагой, использованной в качестве подложки для электродов /столбец H/.
- В случае с коллекторами, изготовленными из спеченного материала /линия R/, неудовлетворительные характеристики также обусловлены по крайней мере частичным оводнением отсеков /возможно катодных положительных отсеков/ водным конденсатом, образовавшимся во время работы и удерживающимся за счет капиллярности в небольших порах спеченного материала.
- Оптимальные и стабильные величины напряжений, типичные для всех испытаний, показали, что электрическое сопротивление между коллекторами настоящего изобретения и плоскими двухполюсными пластинами из алюминиевых сплавов без электропроводящего защитного покрытия существенно уменьшилось. Этот результат оказался весьма неожиданным, учитывая тот факт, что алюминий и его сплавы, как известно, покрываются естественным электроизолирующим окислом, в частности, под воздействием тепла в присутствии пара /обычное рабочее условие топливного элемента/. Подтверждение этому заключению дают напряжения, почти аналогичные тем, что получены с двухполюсными пластинами, покрытыми хромовой защитной пленкой /тип D/ и проводящим полимерным материалом /тип E/.
Пример 2. Тоже испытание, что в примере 1, отличающееся использованием электродов типа G и коллекторов типа R /спеченный материал/, было повторено после того, как двухполюсные пластины, торцевые пластины и коллекторы были сделаны гидрофобным путем их погружения в суспензию из политетрафторэтилена /продаваемую фирмой Дюпон под торговым названием Тефлон 30 N /с последующей тепловой обработкой при 150oC. Напряжения, замеренные при тех же условиях испытания, что в примере 1, дали результаты 0,55 и 0,65 В. Это улучшение может быть объяснено меньшей склонностью спеченного материала удерживать воду, образующуюся в результате конденсации в процессе работы.
Пример 3. Тот же источник, что и в примере 1, отличающийся наличием электродов типа G и коллекторов типа L, подвергался повторному короткому замыканию второго гальванического элемента путем соединения с помощью зажимных соединений, обозначенных позицией 16 на фиг.1. Средние напряжения других гальванических элементов не изменялись в периоды короткого замыкания и короткозамкнутые гальванические элементы быстро достигали обычного напряжения после отсоединения зажимов. Максимальное напряжение между двухполюсными пластинами короткозамкнутого гальванического элемента во время короткого замыкания составило 20 - 30 мВ.
Пример 4. Влияние на напряжение двухполюсных и торцевых пластин различного типа было изучено повторением испытания по примеру 1, используя электроды типа G и коллекторы типа L, а также заменяя литые двухполюсные пластины и торцевые пластины из алюминиевого сплава /тип A/ на аналогичные из титана /тип B/. Были получены средние напряжения для единичных элементов порядка 0,68 и 0,71 В, которые по существу аналогичны тем, что типичны для топливного элемента, снабженного двухполюсной и торцевой пластинами из алюминиевого сплава. Аналогичные результаты были получены при дальнейшей замене двухполюсных пластин типа B на пластины из алюминиевого сплава типа C. Охлаждение осуществлялось за счет принудительной циркуляции предварительно охлажденного воздуха, подаваемого через отдельные трубопроводы, расположенные ниже каждого гальванического элемента.
Пример 5. Был проведен ряд испытаний, чтобы получить дополнительные сравнительные данные с известными устройствами. Два топливных элемента были выполнены из трех гальванических элементов, содержащих двухполюсные пластины и торцевые пластины, снабженные канавками, предназначенными для выполнения функции распределителей тока, изготовленные соответственно из графита и алюминиевого сплава типа UNI 5076. Двухполюсные пластины и концевые пластины были дополнительно снабжены внутренними каналами для охлаждения. Канавки были ориентированы так, чтобы они пересекались под углом 90o для каждой пары обращенных друг к другу сторон двухполюсной и торцевой пластин.
Электроды были типа G из примера 1, а мембраны были типа Нафион /P/ 117. Топливный элемент, снабженный двухполюсными пластинами и концевыми пластинами в графите и с электродами, прикрепленными к мембране, работал в тех же условиях, что в примере 1, и полученные результаты отличались лучшими средними напряжениями, относящимися к гальваническим элементам, замеренным в различных условиях, приведенными в таблице /0,7 В/. Однако тот же топливный элемент, снабженный электродами типа G, не прикрепленными к мембране, дали совершенно неудовлетворительные средние напряжения, составившие 0,5 и 0,55 В, показали тем самым, что только коллекторы настоящего изобретения с их большим числом контактных точек способны гарантировать хорошую и протяженную непрерывность между поверхностями мембран и электродов, когда они предварительно не скреплены.
Как отмечалось выше, топливный элемент, содержащий снабженную канавками двухполюсную и торцевую пластины из алюминиевого сплава и электроды типа G, прикрепленные к мембране, показали вполне удовлетворительные характеристики в начале испытания. Однако напряжения быстро уменьшались до низких величин ~ 0,4 В за сотни часов, тем самым показывая, что только коллекторы согласно настоящему изобретению способны поддерживать контактное сопротивление в пределах ничтожно малых значений с течением времени.
В качестве подтверждения этого факта было проведено дополнительное испытание с топливным элементом, содержащим снабженную канавками двухполюсную и торцевую пластины из алюминиевого сплава, электроды типа G /пример 1/, не прикрепленные к мембранам, и коллекторы настоящего изобретения типа M /пример 1/. Полученное напряжение /0,6 и 0,65 В/ было удовлетворительным и стабильным во времени. Кроме того, этот вариант оказался, в частности, эффективным для слива водного конденсата, образовавшегося в катодном /положительном/ отсеке, где канавки двухполюсной и торцевой пластин были ориентированы в вертикальном направлении.
Могут иметь место различные модификации гальванического элемента настоящего изобретения, не выходящие за сущность или область его, и должно быть понятно, что настоящее изобретение ограничивается только как определено в прилагаемой формуле.

Claims (32)

1. Гальванический элемент для химического источника тока, содержащий две двухполюсные или торцевые пластины (1,18), снабженные отверстиями (2) для подачи газообразных реагентов и удаления продуктов и остаточных реагентов, два коллектора (14) тока, проницаемых для газового потока, два электрокаталитических электрода (7), ионообменную мембрану (6) и две прокладки-рамы (8), отличающийся тем, что коллекторы выполнены из металла и обладают продольной проницаемостью, деформируемостью и упругостью при сжатии, двухполюсные или торцевые пластины (1,18) изготовлены из пассивируемых металлов и имеют множество точек контакта с коллекторами с обеспечением в этих точках низкого электрическогго сопротивления.
2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что коллектор (14) представляет собой трехмерную решетку из металлических проволок, концевые секции (15), по меньшей мере части которых выходят на поверхность решетки.
3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что трехмерная решетка имеет пористость по меньшей мере 50%, а диаметр металлической проволоки составляет 0,01 - 1,0 мм.
4. Элемент по п.1, отличающийся тем, что коллектор выполнен по меньшей мере из двух наложенных одна на другую сеток.
5. Элемент по п.4, отличающийся тем, что сетки имеют различный размер отверстий, при этом более мелкая сетка контактирует с электродами (7), а более крупная сетка контактирует с двухполюсными или торцевыми пластинами (1,18).
6. Элемент по п. 4, отличающийся тем, что сетки выполнены из переплетенных металлических проволок или раскатанных металлических полос.
7. Элемент по п.6, отличающийся тем, что металлическая проволока имеет в поперечном сечении форму многоугольника.
8. Элемент по п.1, отличающийся тем, что коллектор (14) представляет собой матрицу, выполненную из взаимно переплетенных геликоидальных спиралей или многослойной ткани.
9. Элемент по любому из пп.2, 4 и 8, отличающийся тем, что коллекторы имеют поры размером 0,1 - 3,0 мм.
10. Элемент по п.2 или 8, отличающийся тем, что коллекторы имеют толщину 0,5 - 5,0 мм.
11. Элемент по п.2 или 8, отличающийся тем, что коллекторы содержат мелкую металлическую сетку, обращенную к электродам.
12. Элемент по п.1, отличающийся тем, что коллекторы изготовлены из коррозионностойкого металла, выбранного из группы, включающей нержавеющие стали, высоколегированные стали, хромоникелевые сплавы.
13. Элемент по п.1, отличающийся тем, что коллекторы (14) и двухполюсные или торцевые пластины (1,18) являются гидрофобными.
14. Элемент по п.1, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые пластины имеют плоскую поверхность.
15. Элемент по п. 14, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые пластины отформованы или вырезаны из коммерческих листов без последующей чистовой обработки поверхности.
16. Элемент по п.1, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые пластины снабжены каналами для распределения и удаления продуктов.
17. Элемент по п.1, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые пластины снабжены внутренними каналами (5) для охлаждения газообразными или жидкими средствами.
18. Элемент по п.1, отличающийся тем, что наружный размер двухполюсных или торцевых пластин увеличен для обеспечения охлаждения газообразными или жидкими средствами.
19. Элемент по п.1, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые пластины изготовлены из металлов или сплавов, пассивированных защитными изолирующими окислами, выбранных из группы, включающей алюминий, титан, цирконий, ниобий, тантал или их сплавы, нержавеющую сталь, высоколегированную сталь и хромоникелевый сплав.
20. Элемент по п.19, отличающийся тем, что контактное сопротивление между двухполюсными или торцевыми пластинами и коллекторами составляет 100 - 5 мОм/см2 при давлении, прикладываемом к пластинам, 0,1 - 80,0 кг/ см2.
21. Элемент по п. 19, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые пластины снабжены покрытием из электропроводящего материала, выбранного из группы, включающей хром, платиновую группу металлов и их окислы, проводящие полимеры.
22. Элемент по п.21, отличающийся тем, что проводящие полимеры выбраны из группы полимерных матриц, содержащих проводящие частицы, и собственно проводящих полимеров.
23. Элемент по п.1, отличающийся тем, что прокладки-рамы изготовлены из отливаемого эластомерного материала и содержат отверстия (9) для распределения и удаления реагентов и продуктов, уступ (13) для размещения электродов и ребра (12) для уплотнения и разделения реагентов и продуктов.
24. Элемент по п.1, отличающийся тем, что электроды изготовлены из слоя пористого проводящего материала, снабженного поверхностью, содержащей катализатор, и поверхностью, содержащей гидрофобный материал.
25. Элемент по п.24, отличающийся тем, что материал слоя является гибкой углеродной тканью.
26. Элемент по п.24, отличающийся тем, что материал слоя является копировальной бумагой.
27. Элемент по п.24, отличающийся тем, что материал слоя является гибкой тканью из коррозионностойкого металла, выбранного из группы, включающей нержавеющие стали, высоколегированные стали и хромоникелевые сплавы.
28. Элемент по п.24, отличающийся тем, что электроды снабжены покрытием из полимера, обладающего ионообменными характеристиками, нанесенным на поверхность, содержащую катализатор.
29. Элемент по п.1, отличающийся тем, что электроды не прикреплены к мембране до сборки химического источника тока.
30. Элемент по п.1, отличающийся тем, что электроды прикреплены к мембране перед сборкой химического источника тока и образуют единую конструкцию.
31. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что двухполюсные или торцевые платины снабжены внешними соединениями или углублениями, пригодными для короткого замыкания.
32. Элемент по п.1, отличающийся тем, что химический источник тока является топливным элементом, предназначенным для снабжения газообразными реагентами, содержащими водород и кислород.
RU94015177A 1993-04-30 1994-04-28 Гальванический элемент для химического источника тока RU2126569C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITM193A000857 1993-04-30
ITMI93A000857 1993-04-30
ITMI930857A IT1270878B (it) 1993-04-30 1993-04-30 Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94015177A RU94015177A (ru) 1995-12-10
RU2126569C1 true RU2126569C1 (ru) 1999-02-20

Family

ID=11365953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94015177A RU2126569C1 (ru) 1993-04-30 1994-04-28 Гальванический элемент для химического источника тока

Country Status (16)

Country Link
US (3) US5482792A (ru)
EP (1) EP0629015B1 (ru)
JP (1) JP2953555B2 (ru)
CN (1) CN1076887C (ru)
AT (1) ATE210339T1 (ru)
AU (1) AU674931B2 (ru)
BR (1) BR9401641A (ru)
CA (1) CA2121455C (ru)
CZ (1) CZ98694A3 (ru)
DE (1) DE69429304T2 (ru)
DK (1) DK0629015T3 (ru)
ES (1) ES2169050T3 (ru)
FI (1) FI941932A (ru)
IT (1) IT1270878B (ru)
RU (1) RU2126569C1 (ru)
SK (1) SK50694A3 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002084769A1 (en) * 2001-04-12 2002-10-24 Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Independent Power Technologies 'ipt' Fuel cell module and battery based thereon
RU2331953C1 (ru) * 2004-06-30 2008-08-20 Кэнон Кабусики Кайся Катализаторный слой для топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его получения
RU2504868C2 (ru) * 2012-04-28 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" Топливный элемент и батарея топливных элементов
RU2647841C2 (ru) * 2016-08-11 2018-03-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва (ПАО "РКК "Энергия") Электролизёр воды и способ его эксплуатации

Families Citing this family (244)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773162A (en) * 1993-10-12 1998-06-30 California Institute Of Technology Direct methanol feed fuel cell and system
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US6703150B2 (en) * 1993-10-12 2004-03-09 California Institute Of Technology Direct methanol feed fuel cell and system
US6042702A (en) * 1993-11-22 2000-03-28 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell having a current distributor comprising a conductive polymer composite material
US5961795A (en) * 1993-11-22 1999-10-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell having a resilient flow field
JPH0817451A (ja) * 1994-06-29 1996-01-19 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池
JPH08130023A (ja) * 1994-10-27 1996-05-21 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池
JPH10510664A (ja) * 1994-12-17 1998-10-13 ラフバロウ ユニヴァーシティ イノヴェイションズ リミテッド 電解質型燃料電池の構造
WO1996035002A1 (en) * 1995-05-01 1996-11-07 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell having a current distributor comprising a conductive polymer composite material
WO1996035001A1 (en) * 1995-05-01 1996-11-07 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell having a resilient flow field
DE19533773A1 (de) * 1995-09-12 1997-03-13 Basf Ag Plattenstapelzelle
US6312845B1 (en) 1995-10-06 2001-11-06 The Dow Chemical Company Macroporous flow field assembly
CA2233575A1 (en) * 1995-10-06 1997-04-10 The Dow Chemical Company Flow field structures for membrane electrode assemblies of fuel cells
US5702755A (en) * 1995-11-06 1997-12-30 The Dow Chemical Company Process for preparing a membrane/electrode assembly
US5624769A (en) * 1995-12-22 1997-04-29 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
US5882810A (en) * 1996-03-08 1999-03-16 The Dow Chemicalcompany Active layer for membrane electrode assembly
AUPN876896A0 (en) * 1996-03-18 1996-04-18 Ceramic Fuel Cells Limited An electrical interconnect for a planar fuel cell
US6054228A (en) * 1996-06-06 2000-04-25 Lynntech, Inc. Fuel cell system for low pressure operation
IT1284072B1 (it) * 1996-06-26 1998-05-08 De Nora Spa Cella elettrochimica a membrana provvista di elettrodi a diffusione gassosa contattati da portacorrente metallici lisci e porosi a
US5868918A (en) * 1996-09-26 1999-02-09 Air Products And Chemicals, Inc. Method for separating oxygen from an oxygen-containing gas
US5798187A (en) 1996-09-27 1998-08-25 The Regents Of The University Of California Fuel cell with metal screen flow-field
IT1284887B1 (it) * 1996-10-03 1998-05-22 De Nora Spa Metodo di esclusione di una cella elementare malfunzionante di un elettrolizzatore o di un generatore elettrochimico a membrana
US6037075A (en) * 1996-11-26 2000-03-14 United Technologies Corporation Electrically non-conductive plate structures and high pressure electrochemical cell devices employing same
EP0963615B1 (de) * 1997-01-22 2003-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzelle und verwendung von legierungen auf der basis von eisen für die konstruktion von brennstoffzellen
US6146780A (en) * 1997-01-24 2000-11-14 Lynntech, Inc. Bipolar separator plates for electrochemical cell stacks
US6576096B1 (en) 1998-01-05 2003-06-10 Lynntech International, Ltd. Generation and delivery device for ozone gas and ozone dissolved in water
US5989407A (en) * 1997-03-31 1999-11-23 Lynntech, Inc. Generation and delivery device for ozone gas and ozone dissolved in water
US6287431B1 (en) 1997-03-21 2001-09-11 Lynntech International, Ltd. Integrated ozone generator system
AU727997B2 (en) * 1997-04-07 2001-01-04 Dow Chemical Company, The Electrolysis of alkali metal halide brines using oxygen cathode systems
US5976726A (en) 1997-05-01 1999-11-02 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical cell with fluid distribution layer having integral sealing capability
WO1998052241A1 (en) * 1997-05-13 1998-11-19 Loughborough University Innovations Limited Current distributors of sintered metals and fuel cells using them
IT1293814B1 (it) * 1997-08-04 1999-03-10 De Nora Spa Cella a combustibile a membrana a scambio ionico con raffreddamento periferico
AU2724899A (en) * 1998-02-10 1999-08-30 H2-Interpower Gmbh Fuel cell with solid electrolyte and planar structure
US6232010B1 (en) * 1999-05-08 2001-05-15 Lynn Tech Power Systems, Ltd. Unitized barrier and flow control device for electrochemical reactors
US6071635A (en) * 1998-04-03 2000-06-06 Plug Power, L.L.C. Easily-formable fuel cell assembly fluid flow plate having conductivity and increased non-conductive material
US6007933A (en) * 1998-04-27 1999-12-28 Plug Power, L.L.C. Fuel cell assembly unit for promoting fluid service and electrical conductivity
KR100453597B1 (ko) * 1998-06-30 2004-10-20 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고체고분자전해질형 연료전지
US6472094B1 (en) 1998-07-10 2002-10-29 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Separator for fuel cell and manufacture thereof
JP2000106197A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Aisin Takaoka Ltd 燃料電池及び燃料電池用セパレータ
US6261710B1 (en) 1998-11-25 2001-07-17 Institute Of Gas Technology Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells
JP2000164225A (ja) * 1998-11-25 2000-06-16 Toshiba Corp 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法
US6602631B1 (en) 1999-01-26 2003-08-05 Lynntech Power Systems, Ltd. Bonding electrochemical cell components
US6280866B1 (en) 1999-02-23 2001-08-28 Northern Research & Engineering Corporation Fuel cell flow distributor design for improving durability and performance
US6284401B1 (en) * 1999-04-19 2001-09-04 George A. Marchetti Thin graphite bipolar plate with associated gaskets and carbon cloth flow-field for use in an ionomer membrane fuel cell
ITMI991090A1 (it) * 1999-05-18 2000-11-18 De Nora Spa Dispositivo di umidificazione per celle a combustibile a membrana polimerica
US6503654B2 (en) * 1999-05-19 2003-01-07 George A. Marchetti Thin graphite bipolar plate with associated gaskets and carbon cloth flow-field for use in an ionomer membrane fuel cell
GB9915925D0 (en) * 1999-07-08 1999-09-08 Univ Loughborough Flow field plates
FR2799308B1 (fr) * 1999-09-30 2002-01-25 Sorapec Perfectionnements apportes aux collecteurs bipolaires pour pile a combustible de type pem
US6383677B1 (en) 1999-10-07 2002-05-07 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell current collector
US6864007B1 (en) 1999-10-08 2005-03-08 Hybrid Power Generation Systems, Llc Corrosion resistant coated fuel cell plate with graphite protective barrier and method of making the same
US6649031B1 (en) * 1999-10-08 2003-11-18 Hybrid Power Generation Systems, Llc Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities and method of making the same
US6315958B1 (en) 1999-11-10 2001-11-13 Wisconsin Alumni Research Foundation Flow cell for synthesis of arrays of DNA probes and the like
US6777126B1 (en) * 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
IT1314256B1 (it) * 1999-12-03 2002-12-06 Nora Fuel Cells S P A De Batteria di celle a combustibile a membrana polimerica.
US6372376B1 (en) * 1999-12-07 2002-04-16 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
DE19960815A1 (de) * 1999-12-16 2001-07-19 Siemens Ag Brennstoffzellenblock
US7153409B2 (en) * 1999-12-16 2006-12-26 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell system and method of operation
WO2001045192A1 (en) * 1999-12-16 2001-06-21 Proton Energy Systems, Inc. Low gravity electrochemical cell
EP1249051B1 (en) * 2000-01-19 2004-04-07 Manhattan Scientifics, Inc. Fuel cell stack with cooling fins and use of expanded graphite in fuel cells
WO2001059862A2 (en) * 2000-02-11 2001-08-16 The Texas A & M University System Electroconductive fuel cell component with directly bonded layers and method for making same
US6828054B2 (en) 2000-02-11 2004-12-07 The Texas A&M University System Electronically conducting fuel cell component with directly bonded layers and method for making the same
US6770394B2 (en) * 2000-02-11 2004-08-03 The Texas A&M University System Fuel cell with monolithic flow field-bipolar plate assembly and method for making and cooling a fuel cell stack
US6602626B1 (en) 2000-02-16 2003-08-05 Gencell Corporation Fuel cell with internal thermally integrated autothermal reformer
WO2001071842A2 (en) 2000-03-17 2001-09-27 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell stack assembly
DE10015360B4 (de) * 2000-03-28 2006-11-23 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Separatoreinheit für Elektrolysezellen und Brennstoffzellen
AU2000241817A1 (en) * 2000-03-31 2001-10-15 Ingersoll-Rand Energy Systems Corporation Fuel cell flow distributor design for improving durability and performance
EP1160900A3 (en) * 2000-05-26 2007-12-12 Kabushiki Kaisha Riken Embossed current collector separator for electrochemical fuel cell
US20020045081A1 (en) * 2000-07-05 2002-04-18 Masaaki Nanaumi Electrolyte membrane/electrode assembly of solid polymer electrolyte fuel cell
SE522666C2 (sv) * 2000-07-07 2004-02-24 Volvo Ab Gasfördelningselement för bränsleceller, bränslecell samt metod för att tillverka ett gasfördelningselement
WO2002015302A2 (en) 2000-08-14 2002-02-21 World Properties Inc. Thermosetting composition for electrochemical cell components and methods of making thereof
US20020022382A1 (en) * 2000-08-18 2002-02-21 Franklin Jerrold E. Compliant electrical contacts for fuel cell use
US6531238B1 (en) 2000-09-26 2003-03-11 Reliant Energy Power Systems, Inc. Mass transport for ternary reaction optimization in a proton exchange membrane fuel cell assembly and stack assembly
AU2002225675A1 (en) * 2000-11-22 2002-06-03 Powercell Corporation Bipolar plate and method of manufacturing same
KR100913852B1 (ko) * 2000-12-12 2009-08-26 테르사노 아이엔씨. 오존수를 생성하고 적용하기 위한 장치 및 방법
US7138203B2 (en) * 2001-01-19 2006-11-21 World Properties, Inc. Apparatus and method of manufacture of electrochemical cell components
WO2002080295A2 (en) * 2001-01-19 2002-10-10 World Properties Inc. Apparatus and method for electrochemical cell components
US6824910B2 (en) * 2001-01-24 2004-11-30 The Regents Of The University Of California Co-flow planar SOFC fuel cell stack
ITMI20010458A1 (it) * 2001-03-06 2002-09-06 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Metodo di cortocircuitazione di una cella elettrochimica elementare malfunzionante di una struttura filtro-pressa
US6852439B2 (en) * 2001-05-15 2005-02-08 Hydrogenics Corporation Apparatus for and method of forming seals in fuel cells and fuel cell stacks
US20050095492A1 (en) * 2001-05-15 2005-05-05 Hydrogenics Corporation Fuel cell stack
US6878477B2 (en) * 2001-05-15 2005-04-12 Hydrogenics Corporation Fuel cell flow field plate
FI20011044A (fi) * 2001-05-17 2002-11-18 Reijo Varila Elektrolyyttinen kenno, kennorakenne sekä kennorakenteen käytöt
US6884531B2 (en) * 2001-05-21 2005-04-26 Saudi Arabian Oil Company Liquid hydrocarbon based fuels for fuel cell on-board reformers
US6620542B2 (en) 2001-05-30 2003-09-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flex based fuel cell
US20040234836A1 (en) * 2001-07-31 2004-11-25 Hiroshi Orishima Fuel cell
US6781249B2 (en) 2001-08-29 2004-08-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Retrofittable power supply
JP3860733B2 (ja) * 2001-09-17 2006-12-20 新光電気工業株式会社 燃料電池
ITMI20012342A1 (it) * 2001-11-08 2003-05-08 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Metodo per riutilizzare collettori/distributori di corrente di un generatore elettrochimico a membrana
US6811918B2 (en) * 2001-11-20 2004-11-02 General Motors Corporation Low contact resistance PEM fuel cell
DE10158771C2 (de) * 2001-11-23 2003-09-18 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg Brennstoffzellensystem
KR100429685B1 (ko) * 2001-12-17 2004-05-03 한국과학기술연구원 소형 고분자 전해질 연료전지용 다공성 가스분배판, 및 이를 포함하여 제조된 분리판
DE10162871A1 (de) * 2001-12-20 2003-07-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte aus Graphit
KR100448168B1 (ko) * 2001-12-27 2004-09-10 현대자동차주식회사 연료전지용 막-전극-가스켓 접합체의 제조방법
EP1328030A1 (en) * 2002-01-15 2003-07-16 N.V. Bekaert S.A. Metal stack for fuel cells or electrolysers
EP1327492A1 (en) * 2002-01-15 2003-07-16 N.V. Bekaert S.A. Porous metal stack for fuel cells or electrolysers
AU2003211785A1 (en) * 2002-03-04 2003-09-16 Mitsubishi Materials Corporation Solid oxide type fuel cell and separator
DE10216306B4 (de) * 2002-04-14 2008-06-12 Sgl Carbon Ag Verfahren zur Herstellung einer Kontaktplatte für eine elektrochemische Zelle sowie deren Verwendungen
ITMI20020869A1 (it) † 2002-04-23 2003-10-23 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Generatore elettrochimico e membrana a ingombro ridotto
US6828057B2 (en) * 2002-04-29 2004-12-07 Energy Conversion Devices, Inc. Fuel cell with framed electrodes
US6926986B2 (en) * 2002-04-29 2005-08-09 Energy Conversion Devices Fuel cell with encapsulated electrodes
US6989216B2 (en) * 2002-04-29 2006-01-24 Texaco Ovonic Fuel Cell Llc Fuel cell with overmolded electrode assemblies
US7241334B2 (en) * 2002-05-23 2007-07-10 Columbian Chemicals Company Sulfonated carbonaceous materials
WO2003103082A2 (en) * 2002-05-31 2003-12-11 Lynntech, Inc. Electrochemical cell and bipolar assembly for an electrochemical cell
ITMI20021338A1 (it) * 2002-06-17 2003-12-17 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Generatore elettrochimico a membrana con iniezione diretta di acqua liquida nei agenti gassosi
US7270906B2 (en) * 2002-06-24 2007-09-18 Delphi Technologies, Inc. Solid-oxide fuel cell module for a fuel cell stack
DE10233982B4 (de) * 2002-07-25 2007-08-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Bipolare Platte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
US6838202B2 (en) * 2002-08-19 2005-01-04 General Motors Corporation Fuel cell bipolar plate having a conductive foam as a coolant layer
TWI241732B (en) * 2002-09-25 2005-10-11 E I Du Pont Canada Company Mesh reinforced fuel cell separator plate
JP4396091B2 (ja) * 2002-09-30 2010-01-13 三菱マテリアル株式会社 燃料電池用ガス拡散層
US7005209B1 (en) 2002-10-04 2006-02-28 The Texas A&M University System Fuel cell stack assembly
US7001687B1 (en) 2002-10-04 2006-02-21 The Texas A&M University System Unitized MEA assemblies and methods for making same
US20040229108A1 (en) * 2002-11-08 2004-11-18 Valdez Thomas I. Anode structure for direct methanol fuel cell
JP3793141B2 (ja) * 2002-11-14 2006-07-05 株式会社日立製作所 固体高分子形燃料電池及びセパレータ
GB0227180D0 (en) * 2002-11-21 2002-12-24 Omnagen Ltd Improvements in or relating to a fuel cell
US7282291B2 (en) * 2002-11-25 2007-10-16 California Institute Of Technology Water free proton conducting membranes based on poly-4-vinylpyridinebisulfate for fuel cells
WO2004051765A2 (en) * 2002-12-04 2004-06-17 Lynntech Power Systems,Ltd. Self-aligning components for electrochemical cells
US6887613B2 (en) * 2002-12-04 2005-05-03 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
US7736783B2 (en) * 2002-12-04 2010-06-15 Lynntech, Inc. Very thin, light bipolar plates
DE10260149A1 (de) 2002-12-20 2004-07-01 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Vorrichtung zur Bestimmung des Leitwertes von Wäsche, Wäschetrockner und Verfahren zur Verhinderung von Schichtbildung auf Elektroden
AU2003297386A1 (en) * 2002-12-23 2004-07-22 Anuvu, Inc., A California Corporation Channel-less proton exchange membrane fuel cell
US6772617B1 (en) 2003-01-24 2004-08-10 Gencell Corporation Method and apparatus for in-situ leveling of progressively formed sheet metal
US6793544B2 (en) * 2003-02-05 2004-09-21 General Motors Corporation Corrosion resistant fuel cell terminal plates
US20040247990A1 (en) * 2003-03-19 2004-12-09 Campbell Stephen A. Platinum alloy catalysts for electrochemical fuel cells
JP4441719B2 (ja) * 2003-03-20 2010-03-31 大日本印刷株式会社 燃料電池用セパレータ
US20040191603A1 (en) * 2003-03-25 2004-09-30 Kaiser Joseph G. Clad metallic bipolar plates and electricity-producing systems and fuel cells using the same
US7282293B2 (en) * 2003-04-15 2007-10-16 Mti Microfuel Cells Inc. Passive water management techniques in direct methanol fuel cells
US7407721B2 (en) * 2003-04-15 2008-08-05 Mti Microfuel Cells, Inc. Direct oxidation fuel cell operating with direct feed of concentrated fuel under passive water management
US20050031936A1 (en) * 2003-05-16 2005-02-10 Joos Nathaniel Ian Symmetrical flow field plates
DE10323881A1 (de) * 2003-05-26 2004-12-23 Siemens Ag Kontaktvorrichtung sowie Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenblock mit einer derartigen Kontaktvorrichtung
WO2005020346A2 (en) * 2003-06-27 2005-03-03 Ultracell Corporation Micro fuel cell architecture
US6942941B2 (en) * 2003-08-06 2005-09-13 General Motors Corporation Adhesive bonds for metalic bipolar plates
US20050037935A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Abd Elhamid Mahmoud H. Composition and method for surface treatment of oxidized metal
US7396559B2 (en) * 2003-08-11 2008-07-08 General Motors Corporation Method of making an electrically conductive element for use in a fuel cell
US20050069749A1 (en) * 2003-08-15 2005-03-31 David Frank Flow field plate arrangement
US7358005B2 (en) * 2003-09-18 2008-04-15 General Electric Company Methods and apparatus for isolating solid oxide fuel cells
WO2005028713A1 (en) * 2003-09-22 2005-03-31 Hydrogenics Corporation Electrolyzer cell stack system
WO2005028712A1 (en) 2003-09-22 2005-03-31 Hydrogenics Corporation Electrolyzer cell stack system
CA2538738A1 (en) * 2003-09-22 2005-03-31 Hydrogenics Corporation Electrolyzer cell arrangement
US20050064270A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-24 Marianowski Leonard G. Fuel cell bipolar separator plate
ITMI20031881A1 (it) * 2003-10-01 2005-04-02 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Separatore bipolare per batteria di celle a combustibile.
ITMI20031972A1 (it) * 2003-10-14 2005-04-15 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Cella a combustibile a membrana con funzionamento stabile nel tempo
JP4154315B2 (ja) * 2003-11-21 2008-09-24 本田技研工業株式会社 燃料電池
ITMI20032531A1 (it) * 2003-12-19 2005-06-20 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Cella a combustione a membrana alimentata in
FR2866477B1 (fr) * 2004-02-17 2006-06-30 Air Liquide Architecture de pile a combustible
US7150918B2 (en) * 2004-02-27 2006-12-19 General Motors Corporation Bilayer coating system for an electrically conductive element in a fuel cell
JP4696456B2 (ja) * 2004-03-15 2011-06-08 日立電線株式会社 燃料電池セパレータ用耐蝕導電性複合材料
GB2413002B (en) * 2004-04-08 2006-12-06 Intelligent Energy Ltd Fuel cell gas distribution
DE102004028141C5 (de) * 2004-06-10 2015-11-19 Elcomax Membranes Gmbh Membran-Elektroden-Modul (MEA) für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
US7569303B2 (en) 2004-09-24 2009-08-04 Hydrogenics Corporation Membrane electrode assembly with modified catalyst layout
US7378177B2 (en) * 2004-09-30 2008-05-27 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell bipolar plate
US7452623B2 (en) * 2004-11-11 2008-11-18 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell bipolar plate with sealing feature
US7951510B2 (en) 2004-11-11 2011-05-31 GM Global Technology Operations LLC Electroconductive polymer coating on electroconductive elements in a fuel cell
ITMI20042247A1 (it) * 2004-11-19 2005-02-19 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Sistema di generasione elettrica comprendente celle a combustibile a membrana alimentate con gas secchi
TWI278138B (en) * 2004-11-25 2007-04-01 Toshiba Corp Fuel cell
US7687176B2 (en) * 2004-12-10 2010-03-30 3M Innovative Properties Company Fuel cell
DE102005005116A1 (de) * 2005-02-04 2006-08-10 Forschungszentrum Jülich GmbH Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen
US7666386B2 (en) 2005-02-08 2010-02-23 Lynntech Power Systems, Ltd. Solid chemical hydride dispenser for generating hydrogen gas
US20060257313A1 (en) * 2005-02-17 2006-11-16 Alan Cisar Hydrolysis of chemical hydrides utilizing hydrated compounds
US20060210857A1 (en) * 2005-03-15 2006-09-21 David Frank Electrochemical cell arrangement with improved mea-coolant manifold isolation
US20060210855A1 (en) * 2005-03-15 2006-09-21 David Frank Flow field plate arrangement
US20060257555A1 (en) * 2005-05-12 2006-11-16 Brady Brian K Sub-layer for adhesion promotion of fuel cell bipolar plate coatings
DE102005034616B4 (de) * 2005-07-18 2008-07-03 Elringklinger Ag Brennstoffzelleneinheit und Brennstoffzellenstapel
US7919213B1 (en) * 2005-08-09 2011-04-05 Becker Rolf R Fuel cell bipolar plate and composition therefore
KR100792138B1 (ko) 2005-10-27 2008-01-04 주식회사 엘지화학 막-전극-어셈블리의 제조방법
US7833645B2 (en) * 2005-11-21 2010-11-16 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell and method of forming a fuel cell
US20080032174A1 (en) * 2005-11-21 2008-02-07 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cells and electrodes
US20090087711A1 (en) * 2005-12-16 2009-04-02 Kabushiki Kaisha Equos Research Fuel cell electrode, fuel cell, and fuel cell stack
JP5114950B2 (ja) * 2006-02-13 2013-01-09 日産自動車株式会社 電池モジュール、組電池及びそれらの電池を搭載した車両
US8133591B2 (en) * 2006-06-27 2012-03-13 GM Global Technology Operations LLC Adhesion of polymeric coatings to bipolar plate surfaces using silane coupling agents
JP4876766B2 (ja) * 2006-08-10 2012-02-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
DE102006040030B4 (de) * 2006-08-23 2009-09-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Stapeleinheit für einen Stapel elektrochemischer Zellen, Stapelanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Stapeleinheit
JP2008108456A (ja) * 2006-10-23 2008-05-08 Equos Research Co Ltd 燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタック
WO2008057318A1 (en) * 2006-11-01 2008-05-15 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Biological fuel cells with nanporous membranes
US8455155B2 (en) * 2006-11-22 2013-06-04 GM Global Technology Operations LLC Inexpensive approach for coating bipolar plates for PEM fuel cells
TW200832800A (en) * 2007-01-19 2008-08-01 Coretronic Corp Fuel cell
JP5125275B2 (ja) * 2007-02-05 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池および燃料電池搭載車両
WO2008095533A1 (en) * 2007-02-06 2008-08-14 Nuvera Fuel Cells Europe Srl Bipolar unit for fuel cell provided with porous current collectors
US20080206615A1 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Paul Nicotera Gas diffusion layer with controlled diffusivity over active area
JP2008243572A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Equos Research Co Ltd 集電体及び燃料電池
JP4323535B2 (ja) * 2007-04-26 2009-09-02 クロリンエンジニアズ株式会社 水電解装置
US20080311448A1 (en) * 2007-04-27 2008-12-18 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells
US8026020B2 (en) 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
DE102007024225A1 (de) * 2007-05-11 2008-11-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Trägervorrichtung für eine elektrochemische Funktionseinrichtung, Brennstoffzellenmodul und Verfahren zur Herstellung einer Trägervorrichtung
US7732081B2 (en) * 2007-05-23 2010-06-08 Gm Global Technology Operations, Inc. Hydrophilic/hydrophobic patterned surfaces and methods of making and using the same
US9293778B2 (en) 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
JP5270885B2 (ja) * 2007-09-05 2013-08-21 株式会社東芝 固体酸化物電気化学セルの燃料極、その製造方法、及び固体酸化物電気化学セル
FR2923086B1 (fr) * 2007-10-24 2010-12-10 Commissariat Energie Atomique Architecture de pile a combustible integre sans joint.
US8003274B2 (en) * 2007-10-25 2011-08-23 Relion, Inc. Direct liquid fuel cell
TW200921975A (en) * 2007-11-08 2009-05-16 Univ Nat Central Fuel cell with composite pole plate
US9614232B2 (en) * 2007-12-28 2017-04-04 Altergy Systems Modular unit fuel cell assembly
JP5197022B2 (ja) * 2008-01-07 2013-05-15 セイコーインスツル株式会社 燃料電池
JP2009187887A (ja) * 2008-02-08 2009-08-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料極集電体及び固体電解質形燃料電池
CA2755303C (en) * 2008-04-11 2017-07-04 Christopher M. Mcwhinney Membrane for electrochemical apparatus
JP5439740B2 (ja) * 2008-05-14 2014-03-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池および燃料電池スタック
KR101813919B1 (ko) * 2008-06-23 2018-01-02 누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨 감소된 질량 전달 제한을 갖는 연료 전지
EP2294649B1 (en) * 2008-06-23 2016-08-10 Nuvera Fuel Cells, Inc. Fuel cell design based on a framed bipolar plate
US8954862B1 (en) 2008-10-01 2015-02-10 Valador, Inc. System and method for collaborative viewing of a four dimensional model requiring decision by the collaborators
TW201014930A (en) 2008-10-09 2010-04-16 Troika Internat Co Ltd Hydrogen-oxygen electrolysis apparatus and dual-surface layer modified carbon fiber paper electrode thereof
US8889314B2 (en) * 2009-01-13 2014-11-18 GM Global Technology Operations LLC Bipolar plate for a fuel cell stack
CA2706703C (en) * 2009-06-10 2019-01-08 Friedrich W. Wieland Improved electrocatalyst, fuel cell cathode and fuel cell
WO2011076342A1 (en) * 2009-12-22 2011-06-30 Topsoe Fuel Cell A/S Manufacture and calibration process for an interconnect for a fuel cell or a fuel cell stack
US10581089B2 (en) * 2010-03-11 2020-03-03 Nuvera Fuel Cells, LLC Open flow field fuel cell
ES2675095T3 (es) * 2010-03-11 2018-07-06 Nuvera Fuel Cells, LLC Celda de combustible con campo de flujo abierto
WO2011150458A1 (en) * 2010-06-01 2011-12-08 The University Of Queensland A fuel cell stack
TWI404259B (zh) * 2010-08-06 2013-08-01 Univ Nat Chiao Tung 燃料電池、具有面穿透導電性之板體及其製作方法
CN102134726B (zh) * 2011-01-10 2014-04-16 清华大学 一种新型密封结构的平板式固体氧化物电解池堆
FR2975228B1 (fr) 2011-05-09 2013-11-22 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible avec collecteurs a joints injecteurs individuels
NO20111046A1 (no) * 2011-07-20 2013-01-21 Nel Hydrogen As Trykkelement
US9637397B2 (en) 2011-10-27 2017-05-02 Pentair Residential Filtration, Llc Ion removal using a capacitive deionization system
US8961770B2 (en) 2011-10-27 2015-02-24 Pentair Residential Filtration, Llc Controller and method of operation of a capacitive deionization system
US9010361B2 (en) 2011-10-27 2015-04-21 Pentair Residential Filtration, Llc Control valve assembly
US9695070B2 (en) 2011-10-27 2017-07-04 Pentair Residential Filtration, Llc Regeneration of a capacitive deionization system
US8671985B2 (en) 2011-10-27 2014-03-18 Pentair Residential Filtration, Llc Control valve assembly
JP5980524B2 (ja) * 2012-02-27 2016-08-31 株式会社バンテック 電解室、電解セルユニット、電解セルスタック及び水素発生装置
EP2872754A4 (en) * 2012-07-02 2016-03-02 Arthur Jeffs HYDROGEN-BASED FUEL SUPPORT DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ASSOCIATED METHODS
WO2014028859A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Nuvera Fuel Cells, Inc. Design of bipolar plates for use in electrochemical cells
US9873951B2 (en) 2012-09-14 2018-01-23 Avantium Knowledge Centre B.V. High pressure electrochemical cell and process for the electrochemical reduction of carbon dioxide
DK2730680T3 (en) * 2012-11-08 2016-07-25 Siemens Ag A cooling plate to an electrolyzer, electrolyzer and the process for the preparation of a bipolar plate
FR3008428B1 (fr) * 2013-07-11 2015-08-07 Ceth² Joint pour pile d'electrolyseur et pile d'electrolyseur equipee d'un tel joint
US9915004B2 (en) 2013-07-19 2018-03-13 Nuvera Fuel Cells, LLC System and method for tuning an electrochemical cell stack
AT513501B1 (de) * 2013-09-02 2014-05-15 Abatec Group Ag IR-Strahler mit Doppelverglasung
EP3161886B1 (en) * 2014-06-27 2019-01-09 Nuvera Fuel Cells, LLC Flow fields for use with an electrochemical cell
AT515926B1 (de) * 2014-07-18 2016-01-15 Cellstrom Gmbh Endrahmen für Durchflussbatterie
CN105576265A (zh) * 2014-10-28 2016-05-11 上海蓝蔚科技发展有限公司 燃料电池反应堆中双极板气体流道的加工方法
KR101763382B1 (ko) * 2015-08-27 2017-08-02 한국에너지기술연구원 펠트 전극 특성 분석용 셀의 작업 전극 및 이를 구비하는 펠트 전극 분석용 셀
CN105586612A (zh) * 2015-11-10 2016-05-18 海安南京大学高新技术研究院 一种导电聚合物-金属复合杂化防腐涂层的制备方法
CN106395997A (zh) * 2016-09-21 2017-02-15 见嘉环境科技（苏州）有限公司 多功能流动式电化学反应器
US11335918B2 (en) 2016-10-21 2022-05-17 Form Energy, Inc. Corrugated fuel electrode
US10547061B2 (en) * 2016-12-22 2020-01-28 Plug Power Inc. Fuel cell stack
JP6368389B1 (ja) 2017-02-02 2018-08-01 日本特殊陶業株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
FR3062856B1 (fr) * 2017-02-14 2019-04-12 AREVA H2Gen Entretoise d'electrolyseur et electrolyseur equipe d'une telle entretoise
JP7053162B2 (ja) * 2017-04-05 2022-04-12 トヨタ自動車株式会社 積層電池モジュール
WO2018224448A1 (en) 2017-06-07 2018-12-13 Nv Bekaert Sa Gas diffusion layer
DE102018211988A1 (de) * 2018-07-18 2020-01-23 Siemens Mobility GmbH Brennstoffzelle mit Schutz vor Leerlaufspannung
US11118141B2 (en) 2018-12-21 2021-09-14 Henkel IP & Holding GmbH Use of alkoxylated polyamines to control rheology of unit dose detergent compositions
CN109904481A (zh) * 2019-01-18 2019-06-18 天津大学 固体氧化物燃料电池金属泡沫流道的阴极优化结构
CN110112434A (zh) * 2019-05-16 2019-08-09 张国胜 双极板及包含该双极板的燃料电池电堆和发电***
CN114845795A (zh) 2019-12-20 2022-08-02 道达尔能源一技术 管式电化学分离单元及其制造方法
GB202100555D0 (en) * 2021-01-15 2021-03-03 Afc Energy Plc Bipolar plate and resilent conduction member
JPWO2022244805A1 (ru) * 2021-05-20 2022-11-24
AT524548B1 (de) * 2021-08-13 2022-07-15 H2i GreenHydrogen GmbH Zellrahmen für eine Elektrolysezelle
JP2022023996A (ja) * 2021-11-05 2022-02-08 東京瓦斯株式会社 電気化学デバイス
WO2023193057A1 (en) * 2022-04-07 2023-10-12 Hysata Pty Ltd Stackable electro-synthetic or electro-energy cells
EP4343898A1 (de) * 2022-09-21 2024-03-27 iGas energy GmbH Kombination von poröser transportschicht und bipolarplatte für elektrochemische zellen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134697A (en) * 1959-11-03 1964-05-26 Gen Electric Fuel cell
SU394873A1 (ru) * 1968-06-10 1973-08-22 Низкотемпературный водородно-кислородный топливный элемент
US4175165A (en) * 1977-07-20 1979-11-20 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Fuel cell system utilizing ion exchange membranes and bipolar plates
US4876115A (en) * 1987-01-30 1989-10-24 United States Department Of Energy Electrode assembly for use in a solid polymer electrolyte fuel cell
DE4027655C1 (ru) * 1990-08-31 1991-10-31 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V., 8000 Muenchen, De

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1433469A (fr) * 1965-02-16 1966-04-01 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux piles à combustibles
FR1593242A (ru) * 1968-03-19 1970-05-25
US3895960A (en) * 1970-08-27 1975-07-22 Westinghouse Electric Corp Diffusion-bonded battery electrode plaques
DE2741956A1 (de) * 1976-09-20 1978-03-23 Gen Electric Elektrolyse von natriumsulfat unter verwendung einer ionenaustauschermembranzelle mit festelektrolyt
US4339314A (en) 1979-02-23 1982-07-13 Ppg Industries, Inc. Solid polymer electrolyte and method of electrolyzing brine
GB2051870B (en) * 1979-06-07 1983-04-20 Asahi Chemical Ind Method for electrolysis of aqueous alkali metal chloride solution
US4340452A (en) * 1979-08-03 1982-07-20 Oronzio deNora Elettrochimici S.p.A. Novel electrolysis cell
IT1140510B (it) * 1980-01-16 1986-10-01 Oronzio De Nora Impianti Elettrolizzatore bipolare e procedimento di elettrolisi di elettrolisi di alogenuri
DE3176766D1 (en) * 1980-10-21 1988-07-07 Oronzio De Nora Sa Electrolysis cell and method of generating halogen
US4399009A (en) * 1981-01-19 1983-08-16 Oronzio Denora Impianti Elettrochimici S.P.A. Electrolytic cell and method
US4657650A (en) * 1982-12-27 1987-04-14 Eltech Systems Corporation Electrochemical cell having reticulated electrical connector
US4855193A (en) * 1986-06-20 1989-08-08 United Technologies Corporation Bipolar fuel cell
IN170542B (ru) * 1986-12-19 1992-04-11 Dow Chemical Co
JPS63226884A (ja) * 1987-03-16 1988-09-21 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池
JPS63236268A (ja) * 1987-03-25 1988-10-03 Hitachi Ltd 燃料電池
US4826741A (en) * 1987-06-02 1989-05-02 Ergenics Power Systems, Inc. Ion exchange fuel cell assembly with improved water and thermal management
IT1230984B (it) * 1989-07-05 1991-11-08 Giuseppe Bianchi Accumulatore elettrico ad elevata densita' di potenza per carichi di punta.
JPH04329264A (ja) * 1991-04-30 1992-11-18 Sanyo Electric Co Ltd イオン交換膜式燃料電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134697A (en) * 1959-11-03 1964-05-26 Gen Electric Fuel cell
SU394873A1 (ru) * 1968-06-10 1973-08-22 Низкотемпературный водородно-кислородный топливный элемент
US4175165A (en) * 1977-07-20 1979-11-20 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Fuel cell system utilizing ion exchange membranes and bipolar plates
US4876115A (en) * 1987-01-30 1989-10-24 United States Department Of Energy Electrode assembly for use in a solid polymer electrolyte fuel cell
DE4027655C1 (ru) * 1990-08-31 1991-10-31 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V., 8000 Muenchen, De

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Лидоренко Н.С. и др. Электрохимические генераторы. - М.: Энергоиздат, 1982, с.317, 318, 327-330. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002084769A1 (en) * 2001-04-12 2002-10-24 Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Independent Power Technologies 'ipt' Fuel cell module and battery based thereon
RU2331953C1 (ru) * 2004-06-30 2008-08-20 Кэнон Кабусики Кайся Катализаторный слой для топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его получения
RU2504868C2 (ru) * 2012-04-28 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" Топливный элемент и батарея топливных элементов
RU2647841C2 (ru) * 2016-08-11 2018-03-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва (ПАО "РКК "Энергия") Электролизёр воды и способ его эксплуатации

Also Published As

Publication number Publication date
DK0629015T3 (da) 2002-04-02
US5482792A (en) 1996-01-09
BR9401641A (pt) 1994-11-22
DE69429304T2 (de) 2002-10-24
US5565072A (en) 1996-10-15
IT1270878B (it) 1997-05-13
CA2121455A1 (en) 1994-10-31
AU6054194A (en) 1994-11-03
DE69429304D1 (de) 2002-01-17
CZ98694A3 (en) 1994-10-19
CN1076887C (zh) 2001-12-26
FI941932A (fi) 1994-10-31
CN1108005A (zh) 1995-09-06
FI941932A0 (fi) 1994-04-26
JPH06349508A (ja) 1994-12-22
ITMI930857A1 (it) 1994-10-30
ITMI930857A0 (it) 1993-04-30
AU674931B2 (en) 1997-01-16
EP0629015B1 (en) 2001-12-05
ES2169050T3 (es) 2002-07-01
US5578388A (en) 1996-11-26
ATE210339T1 (de) 2001-12-15
CA2121455C (en) 2008-07-22
JP2953555B2 (ja) 1999-09-27
EP0629015A1 (en) 1994-12-14
SK50694A3 (en) 1994-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2126569C1 (ru) Гальванический элемент для химического источника тока
EP0817297B1 (en) Membrane electrochemical cell provided with gas diffusion electrodes in contact with porous, flat, metal current conductors having highly distributed contact area
US5798187A (en) Fuel cell with metal screen flow-field
US6743541B2 (en) Monopolar cell pack of proton exchange membrane fuel cell and direct methanol fuel cell
EP2294646B1 (en) Fuel cell with reduced mass transfer limitations
KR101073366B1 (ko) 탄성 집전체
CN111971834B (zh) 流体流动设计改进的电化学电池
GB2339059A (en) Electrochemical fuel cell having a membrane electrode assembly formed in situ and methods for forming same
CN111971832A (zh) 流体流动设计改进的电化学电池
US6083641A (en) Titanium carbide bipolar plate for electrochemical devices
EP1724863A1 (en) Metal foam materials in alkaline fuel cells and alkaline electrolysers
GB2487836A (en) Fuel Cell Assembly
CN111971833A (zh) 燃料电池板和流动结构设计
EP4166693A1 (en) Bipolar zero gap electrolytic cell for water electrolysis
KR100308605B1 (ko) 이온교환막과2극금속판을구성한전기화학전지
CN111971831B (zh) 电化学电池堆的阴极流场分布
JP2004152744A (ja) ガス拡散層およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池
AU2002356772B2 (en) Elastic current collector
Wilson et al. Fuel cell with metal screen flow-field