RU2237317C2 - Биполярная пластина для топливных элементов - Google Patents

Биполярная пластина для топливных элементов Download PDF

Info

Publication number
RU2237317C2
RU2237317C2 RU2001112115/09A RU2001112115A RU2237317C2 RU 2237317 C2 RU2237317 C2 RU 2237317C2 RU 2001112115/09 A RU2001112115/09 A RU 2001112115/09A RU 2001112115 A RU2001112115 A RU 2001112115A RU 2237317 C2 RU2237317 C2 RU 2237317C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel cell
plate according
plate
bipolar
bipolar plate
Prior art date
Application number
RU2001112115/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001112115A (ru
Inventor
Бэрретт МЭЙ (GB)
Бэрретт МЭЙ
Дэвид Рональд ХОДЖСОН (GB)
Дэвид Рональд ХОДЖСОН
Original Assignee
Инеос Клор Лимитед
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 Инеос Клор Лимитед filed Critical Инеос Клор Лимитед
Publication of RU2001112115A publication Critical patent/RU2001112115A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2237317C2 publication Critical patent/RU2237317C2/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—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
    • H01M8/04—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
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к биполярным пластинам для топливных элементов и топливным элементам, содержащим эти пластины. Согласно изобретению биполярная пластина предназначена для использования в топливных элементах и служит (а) для того, чтобы проводить ток от анода одного элемента к катоду соседнего элемента, и/или (b) для распределения текучей среды, при этом указанная пластина содержит подложку с покрытием из электрокаталитически активного материала. Описан комплект топливных элементов, содержащий множество элементов с биполярной пластиной согласно настоящему изобретению, расположенной между соседними элементами. Техническим результатом изобретения является увеличение электропроводности биполярной пластины. 7 с. и 15 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к биполярным пластинам для топливных элементов, к топливным элементам, содержащим такие пластины, и, в частности, к так называемым топливным элементам с протонообменными мембранами.
Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, в котором электричество вырабатывается без сжигания ископаемого топлива. В топливном элементе топливо, которое, как правило, представляет собой водород, окисляется на топливном электроде (аноде), а кислород, как правило, из воздуха восстанавливается на катоде для получения электрического тока и образования воды, представляющей собой побочный продукт. Требуется электролит, который находится в контакте с обоими электродами и который может быть щелочным или кислым, жидким или твердым.
Тепло и вода представляют собой единственные побочные продукты электрохимической реакции в топливных элементах, в которых топливом является водород. Соответственно, использование таких элементов при выработке электроэнергии создает потенциальные выгоды с точки зрения охраны окружающей среды по сравнению с выработкой энергии при сжигании ископаемого топлива или за счет ядерной радиоактивности.
В топливных элементах с протонообменными мембранами, которые далее называются для удобства “РЕМ fuel cells” (РЕМ - proton-exchange membrane), электролит представляет собой мембрану из твердого полимера, которая обеспечивает возможность переноса протонов от анода к катоду и, как правило, изготовлена из материалов на основе перфторсульфоновой кислоты. Электролит должен поддерживаться в гидратированном виде в процессе работы, чтобы предотвратить потерю ионной проводимости в электролите.
Топливный элемент с протонообменной мембраной, как правило, содержит два электрода, анод и катод, разделенные электролитом в виде протонообменной мембраны. На аноде происходит каталитическая диссоциация водородного топлива на свободные электроны и протоны. Свободные электроны проходят в виде полезного электрического тока через внешнюю цепь, с которой топливный элемент находится в электрическом контакте. Протоны мигрируют через мембранный электролит к катоду, где они соединяются с кислородом из воздуха и электронами из внешней цепи для образования воды и выработки тепла. Отдельные топливные элементы могут быть объединены в комплекты, которые в данной области техники часто называют батареями, для выработки требуемого количества электроэнергии.
Комплект топливных элементов с протонообменными мембранами содержит множество таких отдельных элементов. В комплекте топливных элементов биполярные пластины, также известные как пластины для создания поля для потока текучей среды, играют существенную роль. Биполярную пластину изготавливают с поверхностными элементами, например с рядом рифлений или с извилистым рельефом, которые позволяют образовать каналы для потока газа, обеспечивающие по существу равномерное распределение поступающих газов по поверхностям электродов. Биполярная пластина должна иметь высокую удельную электропроводность, поскольку омические потери в пластине приводят к снижению кпд всего комплекта.
Биполярные пластины для топливных элементов, изготовленных из металлов, называемые биполярными полюсными решетками, описаны в патенте США 3134696, выданном на имя Douglas и др. Биполярные пластины для топливных элементов, изготовленных из углеродно-полимерных композитов, называемые здесь биполярными токоснимателями-сепараторами, описаны в патенте США 4214969, выданном на имя Lawrence. Биполярные пластины для топливных элементов, изготовленных из графита, называемые здесь пластинами для создания поля для потока текучей среды, описаны в международной публикации WO 95/16287 на имя Wilkinson и др.
Нами было обнаружено, что удельная электропроводность биполярных пластин для топливных элементов может быть увеличена за счет нанесения на них покрытия из электрокаталитически активного материала.
Под “электрокаталитически активным материалом” мы понимаем материал, который при использовании его в качестве электрода или покрытия для электрода катализирует электрохимические реакции при высокой плотности тока при потенциалах, близких к равновесному потенциалу, как более полно описано в работе R. Greef и др. "Instrumental Methods in Electrochemistry", Ellis Horwood, 1990, и в работе D. Pletcher и др. "Industrial Electrochemistry", Chapman and Hall, 1990.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения разработана биполярная пластина для топливных элементов, предназначенная (а) для того, чтобы проводить ток от анода одного элемента к катоду соседнего элемента, и/или (b) для распределения текучей среды, отличающаяся тем, что она содержит подложку с покрытием из электрокаталитически активного материала такого типа, как был определен выше.
Биполярная пластина в соответствии с настоящим изобретением выполнена с поверхностными элементами, например, с неоднородной структурой в плоскости, которая может быть регулярной или нерегулярной, например с такими элементами, как ряд гофров (рифлений) или извилистый рельеф, которые создают каналы для потока газа, обеспечивающие по существу равномерное распределение топлива, например поступающих газов, по поверхностям электродов и способствующие переносу побочных продуктов, например воды, от электродов.
Такие поверхностные элементы могут быть выполнены с помощью способов, хорошо известных для специалистов в данной области, например посредством тиснения или литья в постоянную форму.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения разработан топливный элемент, содержащий:
a) по меньшей мере, две биполярные пластины;
b) мембранно-электродный узел, расположенный между пластинами, при этом указанный мембранно-электродный узел содержит пару противолежащих электродов с расположенной между ними протонообменной мембраной при условии, что в том случае, если топливный элемент содержит более двух биполярных пластин, мембранно-электродный узел и биполярная пластина чередуются по всему элементу, и мембранно-электродные узлы расположены в топливном элементе таким образом, что анод и катод чередуются по всему элементу;
c) токосъемные средства;
d) средство для подачи газообразного водородного топлива к анодам и
e) средство для подачи кислородсодержащего газа к катоду,
отличающийся тем, что каждая биполярная пластина заключает в себя биполярную пластину согласно первому аспекту настоящего изобретения.
Анод и катод в топливном элементе согласно настоящему изобретению могут представлять собой отдельные элементы, но предпочтительно выполнены в виде изготовленных за одно целое частей одного блока, как более полно описано в международной публикации WO 95/16287.
В соответствии с еще одним дополнительным аспектом настоящего изобретения разработан комплект топливных элементов, содержащий:
a) множество элементов, каждый из которых содержит протонообменную мембрану, разделяющую элемент на анолитную и католитную камеры и снабженную анодом и катодом на своих противоположных сторонах;
b) биполярную пластину, расположенную между соседними элементами;
c) токосъемные средства;
d) средство для подачи водородного топлива в анолитные камеры элемента и
e) средство для подачи кислородсодержащего газа в католитные камеры элемента,
отличающийся тем, что каждая биполярная пластина заключает в себя биполярную пластину согласно первому аспекту настоящего изобретения.
В комплекте топливных элементов согласно настоящему изобретению отдельные элементы из множества отдельных элементов могут быть соединены с образованием биполярной или однополярной конфигурации, как более полно описано в работе Kordesch и Simaderin "Fuel Cells and their Applications", VCH, 1996, на стр.49 и 50.
Топливный элемент и комплект топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением подсоединены к внешней цепи с помощью токосъемных средств.
В том случае, когда топливный элемент и комплект топливных элементов согласно настоящему изобретению выполнены в виде биполярной конструкции, токосъемные средства предпочтительно представляют собой токосъемники на зажимах элемента, более предпочтительно включающие в себя биполярные пластины согласно настоящему изобретению.
Несмотря на то что как комплект топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, так и биполярная пластина согласно настоящему изобретению, как правило, являются плоскими, не исключена возможность того, что они будут выполнены в виде цилиндрических или трубчатых элементов.
Не исключена возможность того, что топливный элемент, комплект топливных элементов и биполярная пластина согласно настоящему изобретению могут быть использованы в топливных элементах с жидким электролитом, таких как топливные элементы с фосфорной кислотой или так называемые топливные элементы прямого действия с метанолом.
Электрокаталитически активное покрытие, которое содержит биполярная пластина согласно настоящему изобретению, как правило, получают из металла, оксида металла или их смесей из VIII группы периодической таблицы элементов, а именно: Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir и Pt.
Подходящие электрокаталитически активные покрытия, содержащие смеси металлов платиновой группы и оксидов металлов платиновой группы, описаны в нашем Европейском патенте 0129374.
Подходящие электрокаталитически активные покрытия, содержащие смеси оксида рутения, оксида неблагородного металла и благородного металла или его оксида, описаны в нашем Европейском патенте 0479423.
Подходящие электрокаталитически активные покрытия, содержащие смеси оксида церия и, по меньшей мере, одного неблагородного металла из VIII группы, описаны в нашем Европейском патенте 0546714.
Электрокаталитически активное покрытие предпочтительно представляет собой оксид рутения или смеси оксида рутения с, по меньшей мере, одним из следующих оксидов: PtO, Sb2O3, Та2О5, PdO, CeO2, Со3O4 или предпочтительно смесь RuO2, по меньшей мере, с одним из следующих оксидов: TiO2, SnO2, IrO2.
В том случае, когда электрокаталитически активное покрытие содержит смесь оксида рутения и другого оксида, содержание оксида рутения может находиться в диапазоне 0-100 мольных процентов и, как правило, в диапазоне 5-90 мольных процентов.
Толщина электрокаталитически активного покрытия на биполярном электроде может находиться в диапазоне 0,5-400 г/м2 и, как правило, находится в диапазоне 1-90 г/м2.
Не исключается возможность того, что электрокаталитически активное покрытие будет содержать промежуточный слой между подложкой и наружным слоем. В качестве примеров таких промежуточных слоев, среди прочего, можно упомянуть слой термообработанного оксида ниобия и слой тантала, описанные соответственно в Европейском патенте 0052986 и Европейском патенте 0107934.
В том случае, когда покрытие содержит оксид рутения, оно может содержать множество различных слоев, например слой из RuO2/TiO2 и слой из RuO2/SnO2.
Подложка, которую содержит биполярный электрод, как правило, представляет собой металл, выбранный из следующих металлов: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Си, Zr, Nb, Аg, Pt, Та, Pb, Al или из их сплавов, предпочтительно она выполнена из титана или нержавеющей стали. Однако не исключается возможность выполнения подложки из неметаллического материала, например из графита, бумаги из углеродных волокон, ткани из углеродных волокон, Ebonex (RTM), или из органического полимерного материала, например из наполненного углеродом полипропилена.
Электрокаталитически активные покрытия могут быть нанесены на подложку, например, путем нанесения на подложку раствора исходных веществ с последующим термическим разложением, термического напыления, трафаретной печати металлического сплава, физического осаждения из паровой фазы, химического осаждения из паровой фазы, гальванопокрытия, нанесения покрытия не гальваническим способом или пиролиза пульверизованного слоя.
Нанесение электрокаталитически активного покрытия, содержащего наружный слой из оксида рутения и оксида неблагородного металла, на подложку путем физического осаждения из паровой фазы более полно описано в нашей международной публикации WO 95/05499.
Нанесение электрокаталитически активного покрытия, содержащего наружный слой из оксида рутения и оксида неблагородного металла, на подложку путем термического напыления более полно описано в нашей международной публикации WO 95/05498.
Нанесение электрокаталитически активного покрытия, содержащего наружный слой из (а) церия и/или оксида церия и, по меньшей мере, одного неблагородного металла из VIII группы или из (b) платины и/или оксида платины и рутения и/или оксида рутения, путем физического осаждения из паровой фазы более полно описано в нашей международной публикации WO 96/24705.
Не исключается возможность нанесения различных покрытий на различные поверхности биполярной пластины согласно настоящему изобретению.
Водородное топливо, предназначенное для использования в комплекте топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением, может быть получено, например, из природного газа или из метанола. Кислород, предназначенный для использования в комплекте топливных элементов в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, может быть получен из воздуха.
Следует отметить и оценить то, что в комплекте топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением составные части данного комплекта могут быть выполнены с выровненными друг относительно друга каналами, например прорезями, для образования коллектора, обеспечивающего возможность прохода газообразного топлива и газообразного окислителя от средств, предназначенных для подвода таких газов, в элемент, соответственно к его анодам и катодам.
Настоящее изобретение проиллюстрировано с помощью чертежа, который показывает - исключительно в качестве примера - комплект топливных элементов согласно настоящему изобретению.
На чертеже ионопроницаемые мембраны 1 и 2 имеют соответственно электроды 3 и 4, выполняющие функцию катодов, и непоказанные электроды, выполняющие функцию анодов, присоединенные к каждой из основных поверхностей мембран. Биполярная пластина 5 в соответствии с настоящим изобретением, выполненная с поверхностными элементами 6, расположена между ионопроницаемыми мембранами 1 и 2 в контакте с их поверхностями, представляющими собой электроды. Концевые пластины 7 и 8, выполненные с выводами 9 и 10, предназначенными для подачи электрического тока, выработанного в комплекте элементов, во внешнюю цепь, расположены соответственно рядом с мембранами 1 и 2.
В комплекте мембрана 1 прочно удерживается между концевой пластиной 7 и биполярной пластиной 5 с тем, чтобы образовать камеру 11 для газообразного окислителя и камеру 12 для газообразного топлива. Аналогичным образом, мембрана 2 прочно удерживается между концевой пластиной 8 и биполярной пластиной 5 с тем, чтобы образовать камеру 13 для газообразного окислителя и камеру 14 для газообразного топлива.
Водородное топливо подается к анодам в камерах 12 и 14 для газообразного топлива по впускному каналу 15 для газообразного топлива, а побочные продукты отводятся по каналу 16.
Газообразный окислитель подается к катодам 3 и 4 в камерах 11 и 13 для газообразного окислителя по впускному каналу 17 для газообразного окислителя, а побочные продукты отводятся по каналу 18.
Отверстия 19 и 20, расположенные в противоположных углах мембран 1 и 2, расположены соосно с впускным каналом 15 для газообразного водорода и выпускным каналом 16 и с отверстиями 21 и 22 в биполярной пластине 5 для того, чтобы способствовать проходу газообразного водородного топлива в камеры 12 и 14 для топлива и удалению побочных продуктов из них.
Непоказанные отверстия и отверстия 23, расположенные в противоположных углах мембран 1 и 2, расположены соосно с впускным каналом 17 для окислителя и выпускным каналом 18 и с отверстием 24 и другим непоказанным отверстием в биполярной пластине 5 для того, чтобы способствовать проходу газообразного окислителя в камеры 11 и 13 для окислителя и удалению побочных продуктов из них.
Каждая из концевых пластин 7 и 8, мембран 1 и 2 и биполярная пластина 5 выполнены с множеством отверстий 25, через которые проходят стяжки или болты 26.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения слой материала, предназначенного для диффузионного переноса, который является электропроводящим и пористым и представляет собой, например, покрытую углеродом бумагу или пропитанную графитом полимерную пленку, расположен в камерах 11 и 13 для газообразного окислителя и/или в камерах 12 и 14 для газообразного топлива. Например, слой материала, предназначенного для диффузионного переноса, может быть расположен между биполярной пластиной 5 и соседними поверхностями электродов мембран 1 и 2 и/или между концевыми пластинами 7 и 8 и соседними поверхностями электродов мембран 1 и 2.
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано со ссылкой на нижеприведенные примеры.
Примеры 1 и 2
Эти примеры иллюстрируют биполярные пластины и топливные элементы согласно настоящему изобретению, в которых покрытие из электрокаталитически активного материала содержит оксид рутения и оксид титана.
Покрытие с составом, включающим в себя 47,5 мол.% рутения и 52,4 мол.% титана, было приготовлено путем добавления тетра-n-бутилтитаната (7,47 г) в раствор рутения (2 г) в виде трихлорида рутения в пентан-1-оле (31 г).
В примере 1 часть этого раствора была нанесена с помощью кисти на титановую подложку, которая подвергалась травлению в 10%-ном растворе щавелевой кислоты при температуре 80-85°С в течение 8 часов. Подложку с покрытием сушили при температуре 180°С и затем прокаливали при температуре 450°С; таким способом было нанесено 12 слоев. Три пластины с покрытиями были использованы в качестве биполярных пластин в топливном элементе с протонообменной мембраной, выходное напряжение элемента определяли при плотности тока 1 А/см2 и исходя из этого рассчитывали выход по напряжению в процентах.
В примере 2 процедуру по примеру 1 повторяли за исключением того, что подложка представляла собой пластину из нержавеющей стали марки 316L, которая была подвергнута дробеструйной очистке.
При проведении сравнительного испытания пластины из нержавеющей стали были использованы в качестве биполярных пластин в топливном элементе с протонообменной мембраной.
В таблице приведены результаты, из которых можно видеть, что топливные элементы с протонообменными мембранами согласно настоящему изобретению имеют выход по напряжению, по меньшей мере, на 13% превышающий выход по напряжению топливного элемента с протонообменной мембраной, содержащего известную пластину.
Figure 00000002
Пример 3
Этот пример иллюстрирует биполярные пластины в соответствии с настоящим изобретением, покрытие которых из электрокаталитически активного материала содержит шпинель на основе никеля/кобальта.
Со(NО3)2· 6Н2О и Ni(NO3)2· 6Н2O были растворены в пентан-1-оле для получения общей концентрации растворенного вещества 0,4 моль и соотношения Co:Ni - 2:1.
Было нанесено пять слоев этого раствора с помощью кисти на подвергнутую травлению титановую подложку, при этом каждый слой высушивали в течение 10 минут при температуре 180°С. После добавления последнего слоя пластину подвергали отжигу при температуре 350°С в течение 10 часов. Заполнение покрытия на подложке, состоящего из смешанного оксида кобальта/никеля, составляло 2,5 г/м2.
Примеры 4-6
Эти примеры иллюстрируют биполярные пластины в соответствии с настоящим изобретением, покрытие которых из электрокаталитически активного материала содержит оксид рутения и оксид олова (примеры 4 и 5) и оксид рутения, оксид олова и оксид иридия (пример 6).
В этих примерах покрытие было нанесено на подложку из нержавеющей стали путем физического осаждения из паровой фазы, которая более полно описана в нашей международной публикации WO 96/24705.
Подложки из нержавеющей стали подвергали обезжириванию с помощью ультразвука в Arklone (RTM), и после этого: в примере 4 подложку из нержавеющей стали не подвергали никакой дополнительной предварительной обработке; в примере 5 подложку из нержавеющей стали предварительно обрабатывали путем дробеструйной очистки и подвергали травлению в 10%-ном растворе щавелевой кислоты путем образования катода в течение периода времени, составляющего до 10 минут, при 4-5 В, а в примере 6 подложку из нержавеющей стали предварительно обрабатывали путем травления в 10%-ном растворе щавелевой кислоты путем образования катода в течение периода времени, составляющего до 10 минут, при 4-5 В.
Покрытия были нанесены на подложки путем использования исходного вещества, содержащего Ru/Sn (примеры 4 и 5) или Ru/Sn/Ir, как описано в нашей международной публикации WO 96/24705. Заполнение покрытия на подложке составляло 35 г/м2.
Пример 7
Данный пример иллюстрирует биполярную пластину в соответствии с настоящим изобретением, покрытие которой из электрокаталитически активного материала содержит оксид церия.
Титановую подложку подвергали травлению, и покрытие наносили на нее путем плазменного напыления порошка из церия/никеля, как более полно описано в нашем Европейском патенте 0546714. Заполнение покрытия на подложке составляло 380 г/м2.
Пример 8
Данный пример иллюстрирует биполярные пластины в соответствии с настоящим изобретением, покрытие которых из электрокаталитически активного материала содержит рутений и олово.
Подвергнутую травлению титановую пластину и платиновый электрод погружали в раствор трихлорида рутения (58 г) и трихлорида двухвалентного олова (205 г) в 6 молях соляной кислоты (1000 мл). Используя титановую пластину в качестве катода, в раствор подавали электрический ток, эквивалентный плотности тока 0,5 кА/м2, в течение 30 минут. Заполнение покрытия из Ru/Sn на титановой подложке составляло 1,5 г/м2.
Примеры 9 и 10
Данные примеры иллюстрируют биполярные пластины в соответствии с настоящим изобретением, покрытие которых из электрокаталитически активного материала содержит оксид рутения и оксид платины.
В примере 9 подложка представляла собой титановую пластину. В примере 10 подложка представляла собой пластину из нержавеющей стали.
Пять слоев раствора RuCl3 (7,4 г) и H2PtCl6 (22,2 г) в смеси уксусной кислоты (100 мл) и соляной кислоты (900 мл) были нанесены с помощью кисти на подложки. Каждый слой высушивали при температуре 180°С в течение 10 минут, а затем подвергали обжигу при температуре 450°С в течение 20 минут. После обжига последнего слоя биполярную пластину подвергали нагреву в воздушной среде в течение 1 часа при температуре 450°С. Заполнение платины на подложках составляло 1,5 г/м2.
Примеры 11 и 12
Эти примеры иллюстрируют биполярные пластины в соответствии с настоящим изобретением, подложки которых являются неметаллическими.
В данных примерах подложка представляла собой Ebonex (RTM). Подложки подвергали ультразвуковой очистке в IPA, сушке на открытом воздухе и нагреву при температуре 180°С в течение 10 минут.
В примере 11 электрокаталитически активное покрытие содержало оксид платины и оксид иридия в весовом соотношении 70:30 и заполнение покрытия составляло 1,5 г/м2. Покрытие получали путем нанесения шести слоев раствора H2IrCl6 (11,9 г) и H2PtCl6 (32,6 г) в пентаноле (1000 мл) с помощью кисти на подложки. Каждый слой высушивали при температуре 180°С в течение 10 минут, а затем подвергали обжигу при температуре 500°С в течение 20 минут. После обжига последнего слоя биполярную пластину подвергали нагреву в воздушной среде в течение 1 часа при температуре 450°С.
В примере 12 электрокаталитически активное покрытие содержало оксид рутения и оксид титана в весовом соотношении 35:65 и заполнение покрытия составляло 20 г/м2. Покрытие получали, как описано в примерах 1-2, за исключением того, что вместо 5 слоев раствора наносили 6 слоев.

Claims (22)

1. Биполярная пластина для использования в топливном элементе (а) для проведения тока от анода одного топливного элемента к катоду соседнего топливного элемента, и/или (b) для распределения текучей среды, содержащая подложку с покрытием из электрокаталитически активного материала, содержащего оксид рутения.
2. Пластина по п.1, в которой электрокаталитически активный материал дополнительно содержит, помимо оксида рутения, металл, оксид металла или их смеси, выбранные из группы Fe, Со, Ni, Rh, Pd, Os, Ir и Pt.
3. Пластина по п.1, в которой электрокаталитически активный материал дополнительно содержит, помимо оксида рутения, оксид неблагородного металла.
4. Пластина по п.1, в которой электрокаталитически активный материал дополнительно содержит, помимо оксида рутения, по меньшей мере, один из следующих оксидов: PtO, Sb2O3, Ta2O5, PdO, CeO2 и Co3O4.
5. Пластина по п.1, в которой электрокаталитически активный материал дополнительно содержит смесь оксида рутения, по меньшей мере, с TiO2, SnO2 и IrO2.
6. Пластина по любому из пп.1-6, которая выполнена с впускным отверстием для текучей среды и выпускным отверстием для текучей среды и снабжена поверхностными элементами, образующими каналы для проведения потока текучей среды от впускного отверстия к выпускному отверстию.
7. Пластина по п.6, в которой впускное и выпускное отверстия расположены на противоположных сторонах пластины, а поверхностные элементы расположены в области пластины, находящейся между впускным и выпускным отверстиями.
8. Пластина по п.6 или 7, в которой поверхностные элементы содержат ряд рифлений.
9. Пластина по п.6 или 7, в которой поверхностные элементы содержат извилистый рельеф.
10. Пластина по любому из пп.6-9, в которой поверхностные элементы получены путем тиснения или литья в постоянную форму.
11. Пластина по любому из пп.1-10, в которой подложка является металлической.
12. Пластина по п.11, в которой подложка пластины представляет собой металл, выбранный из Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Ag, Pt, Ta, Pb, Al или из их сплавов.
13. Пластина по п.11, в которой подложка пластины выполнена из алюминия или его сплава.
14. Пластина по п.11, в которой подложка пластины выполнена из титана или его сплава.
15. Пластина по п.11, в которой подложка пластины выполнена из железа или его сплава.
16. Биполярная пластина для использования в топливном элементе (а) для проведения тока от анода топливного элемента к катоду соседнего топливного элемента, и/или (b) для распределения текучей среды, содержащая подложку с покрытием из электрокаталитически активного материала, содержащего никель-кобальтовую шпинель.
17. Топливный элемент, включающий в себя, по меньшей мере, одну биполярную пластину по любому из пп.1-16.
18. Топливный элемент по п.17, причем топливный элемент представляет собой топливный элемент с протонообменной мембраной, топливный элемент с фосфорной кислотой или топливный элемент прямого действия с метанолом.
19. Комплект топливных элементов, содержащий а) множество топливных элементов, и b) по меньшей мере, одну биполярную пластину по любому из пп.1-16.
20. Комплект топливных элементов, содержащий а) множество топливных элементов, в котором каждый элемент содержит, по существу, газонепроницаемую, протообменную мембрану, разделяющую элемент на анолитную и католитную камеры и выполненную с анодом и катодом на своих противоположных сторонах, b) биполярную пластину, расположенную между соседними элементами, с) токосъемные средства, d) средство для подачи водородного топлива к анодам, и е) средство для подачи кислородсодержащего газа к катоду, отличающийся тем, что каждая биполярная пластина заключает в себе биполярную пластину по любому из пп.1-16.
21. Устройство топливного элемента, содержащее а) по меньшей мере, две биполярные пластины, b) мембранно-электродный узел, расположенный между пластинами и содержащий пару противолежащих электродов с расположенной между ними протонообменной мембраной при условии, что в том случае, если топливный элемент содержит более двух биполярных пластин, мембранно-электродный узел и биполярная пластина чередуются по всему элементу, а мембранно-электродные узлы расположены в топливном элементе таким образом, что анод и катод чередуются по всему элементу, с) токосъемные средства, d) средство для подачи газообразного водородного топлива к анодам, и е) средство для подачи кислородсодержащего газа к катоду, отличающееся тем, что каждая биполярная пластина заключает в себе биполярную пластину по любому из пп.1-16.
22. Комплект топливных элементов с протонообменными мембранами, с фосфорной кислотой или топливных элементов прямого действия с метанолом, снабженный биполярной пластиной для (а) проведения тока от анода одного топливного элемента к катоду соседнего топливного элемента и/или (b) распределения текучей среды, причем указанная пластина содержит подложку с покрытием из электрокаталитически активного материала, содержащего смесь рутения или его оксида и металла или оксида металла, выбранного из группы, содержащей Fe, Co, Ni или Os; или смесь рутения и олова.
RU2001112115/09A 1998-10-08 1999-09-27 Биполярная пластина для топливных элементов RU2237317C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9821856.3 1998-10-08
GBGB9821856.3A GB9821856D0 (en) 1998-10-08 1998-10-08 Bipolar plates for fuel cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001112115A RU2001112115A (ru) 2003-06-27
RU2237317C2 true RU2237317C2 (ru) 2004-09-27

Family

ID=10840146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001112115/09A RU2237317C2 (ru) 1998-10-08 1999-09-27 Биполярная пластина для топливных элементов

Country Status (21)

Country Link
EP (1) EP1129501B1 (ru)
JP (1) JP2002527875A (ru)
KR (1) KR100670995B1 (ru)
CN (1) CN1237636C (ru)
AR (1) AR020758A1 (ru)
AT (1) ATE314733T1 (ru)
AU (1) AU770345C (ru)
BR (1) BR9914341A (ru)
CA (1) CA2346424A1 (ru)
DE (1) DE69929236T2 (ru)
DK (1) DK1129501T3 (ru)
ES (1) ES2253915T3 (ru)
GB (1) GB9821856D0 (ru)
ID (1) ID28621A (ru)
MY (1) MY124618A (ru)
NO (1) NO20011685L (ru)
RU (1) RU2237317C2 (ru)
SG (1) SG118185A1 (ru)
TW (1) TW513824B (ru)
WO (1) WO2000022689A1 (ru)
ZA (1) ZA200103386B (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8137866B2 (en) 2005-07-28 2012-03-20 Kobe Steel, Ltd. Titanium material for fuel cell separator having low contact resistance
RU2469537C2 (ru) * 2007-09-28 2012-12-20 Индустрие Де Нора С.П.А. Электрохимическое устройство для биоцидных обработок в сельскохозяйственных применениях
RU2556077C1 (ru) * 2011-11-18 2015-07-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Титановый материал для сепаратора полимерно-электролитного топливного элемента, способ его получения и полимерно-электролитный топливный элемент с его применением

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0006125D0 (en) * 2000-03-15 2000-05-03 Ici Ltd Fuel cells
US6936370B1 (en) * 1999-08-23 2005-08-30 Ballard Power Systems Inc. Solid polymer fuel cell with improved voltage reversal tolerance
GB0203324D0 (en) * 2002-02-13 2002-03-27 Ineos Chlor Ltd Plate treatment
CA2417753A1 (en) * 2000-08-05 2002-02-14 Ineos Chlor Limited Stainless steel substrate treatment
AU2001296958A1 (en) * 2000-10-04 2002-04-15 The Johns Hopkins University Method for inhibiting corrosion of alloys employing electrochemistry
JP2003031240A (ja) * 2001-07-12 2003-01-31 Kemitsukusu:Kk 小型固体高分子型燃料電池及び燃料電池用セパレータ
US20040247978A1 (en) * 2001-09-18 2004-12-09 Takayuki Shimamune Bipolar plate for fuel cell and method for production thereof
GB2385332A (en) * 2002-02-13 2003-08-20 Ineos Chlor Ltd A Treatment for Stainless Steel Plates for use in Electrochemical Cells
WO2003079474A2 (en) 2002-03-20 2003-09-25 Dupont Canada Inc. Process for decreasing the resistivity of conductive flow field plates for use in fuel cells
CN100338804C (zh) * 2004-11-26 2007-09-19 中国科学院大连化学物理研究所 带有假电池的质子交换膜燃料电池
US7959987B2 (en) 2004-12-13 2011-06-14 Applied Materials, Inc. Fuel cell conditioning layer
ES2292313B1 (es) 2005-09-27 2009-02-16 Ikerlan, S. Coop. Celda de combustible de oxido solido con soporte ferritico.
JP5189271B2 (ja) * 2005-11-10 2013-04-24 国立大学法人長岡技術科学大学 アノード触媒及びその製造方法
KR101102905B1 (ko) * 2006-04-14 2012-01-11 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 신뢰할 수 있는 연료 전지 전극 설계
JP2008153082A (ja) * 2006-12-18 2008-07-03 Nikko Kinzoku Kk 燃料電池セパレータ用材料
TWI407623B (zh) * 2008-07-11 2013-09-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 燃料電池組
US8129075B2 (en) * 2008-10-16 2012-03-06 GM Global Technology Operations LLC Bipolar plate header formed features
ES1069849Y (es) 2008-12-19 2009-09-14 Coprecitec Sl "valvula de regulacion para un aparato de coccion a gas"
JP2013137884A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Hitachi Ltd 膜／電極接合体、およびこれを用いた燃料電池
DE102013203311A1 (de) * 2013-02-27 2014-08-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem
CN104638274B (zh) * 2015-02-03 2017-02-22 大连交通大学 纳米TiO2 改性的聚合物电解质膜燃料电池金属双极板及其制备方法
JP6392688B2 (ja) * 2015-03-09 2018-09-19 日本特殊陶業株式会社 燃料電池スタック
DE102016221395A1 (de) * 2016-10-31 2018-05-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bipolarplatte und poröse Transportschicht für einen Elektrolyseur
US11316173B2 (en) * 2019-07-02 2022-04-26 Plug Power Inc. Fuel cell stack
CN111525151B (zh) * 2020-04-17 2022-06-24 上海治臻新能源股份有限公司 一种用于燃料电池双极板的抗反极复合涂层
TWI767579B (zh) * 2021-02-22 2022-06-11 財團法人工業技術研究院 尾端封閉式燃料電池及其陽極雙極板
CN115663224B (zh) * 2022-11-16 2023-05-02 上海治臻新能源股份有限公司 质子交换膜燃料电池双极板金属复合涂层及其制备方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL257579A (ru) * 1959-11-03 1900-01-01
US3589942A (en) * 1966-12-22 1971-06-29 Cons Natural Gas Svc Bipolar collector plates
US4214969A (en) * 1979-01-02 1980-07-29 General Electric Company Low cost bipolar current collector-separator for electrochemical cells
DE3161802D1 (en) * 1980-11-26 1984-02-02 Imi Kynoch Ltd Electrode, method of manufacturing an electrode and electrolytic cell using such an electrode
JPS5996287A (ja) * 1982-10-29 1984-06-02 インペリアル・ケミカル・インダストリ−ズ・ピ−エルシ− 電極およびその製法、使用方法
GB8316778D0 (en) * 1983-06-21 1983-07-27 Ici Plc Cathode
JPS62254361A (ja) * 1986-04-26 1987-11-06 Furukawa Electric Co Ltd:The 電池用ハロゲン電極
JP2890486B2 (ja) * 1989-06-20 1999-05-17 松下電器産業株式会社 液体燃料電池の燃料極用触媒及びその製造方法
EP0410166A1 (de) * 1989-07-24 1991-01-30 Asea Brown Boveri Ag Bauteil zur StromfÀ¼hrung für Hochtemperatur-Brennstoffzellen
ES2134792T3 (es) * 1991-12-13 1999-10-16 Ici Plc Catodo para cuba electrolitica.
JP3382646B2 (ja) * 1992-10-09 2003-03-04 日立マクセル株式会社 酸素触媒電極とこれを用いた空気電池
GB9316926D0 (en) * 1993-08-13 1993-09-29 Ici Plc Electrode
JPH0845530A (ja) * 1994-07-28 1996-02-16 Hiromasa Kaneko 固体電解質型燃料電池
DE19523637C2 (de) * 1994-12-27 1997-08-14 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Korrosionsschutzbeschichtung, Substrat mit einer Korrosionsschutzbeschichtung sowie Verwendung eines solchen Substrats
GB9502665D0 (en) * 1995-02-11 1995-03-29 Ici Plc Cathode for use in electrolytic cell
JP3540491B2 (ja) * 1996-03-07 2004-07-07 政廣 渡辺 燃料電池及び電解セル並びにその冷却・除湿方法
JPH11126620A (ja) * 1997-10-22 1999-05-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池用セパレータ
US5912088A (en) * 1997-10-28 1999-06-15 Plug Power, L.L.C. Gradient isolator for flow field of fuel cell assembly
JPH11162478A (ja) * 1997-12-02 1999-06-18 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用セパレータ
DE19805674C1 (de) * 1998-02-12 1999-09-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Mit Edelmetall lokal belegte bipolare Platte und Verfahren zu deren Herstellung
JP2000106203A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子電解質膜及び燃料電池用電極及び固体高分子電解質型燃料電池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8137866B2 (en) 2005-07-28 2012-03-20 Kobe Steel, Ltd. Titanium material for fuel cell separator having low contact resistance
RU2469537C2 (ru) * 2007-09-28 2012-12-20 Индустрие Де Нора С.П.А. Электрохимическое устройство для биоцидных обработок в сельскохозяйственных применениях
RU2556077C1 (ru) * 2011-11-18 2015-07-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Титановый материал для сепаратора полимерно-электролитного топливного элемента, способ его получения и полимерно-электролитный топливный элемент с его применением

Also Published As

Publication number Publication date
CN1322384A (zh) 2001-11-14
NO20011685D0 (no) 2001-04-04
EP1129501A1 (en) 2001-09-05
EP1129501B1 (en) 2005-12-28
AR020758A1 (es) 2002-05-29
DE69929236T2 (de) 2006-08-31
WO2000022689A1 (en) 2000-04-20
KR20010075592A (ko) 2001-08-09
CN1237636C (zh) 2006-01-18
GB9821856D0 (en) 1998-12-02
CA2346424A1 (en) 2000-04-20
DE69929236D1 (de) 2006-02-02
AU770345C (en) 2004-07-29
JP2002527875A (ja) 2002-08-27
ATE314733T1 (de) 2006-01-15
NO20011685L (no) 2001-04-04
DK1129501T3 (da) 2006-02-13
ZA200103386B (en) 2002-07-25
AU770345B2 (en) 2004-02-19
TW513824B (en) 2002-12-11
ID28621A (id) 2001-06-21
MY124618A (en) 2006-06-30
SG118185A1 (en) 2006-01-27
BR9914341A (pt) 2001-06-26
KR100670995B1 (ko) 2007-01-17
ES2253915T3 (es) 2006-06-01
AU6105799A (en) 2000-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2237317C2 (ru) Биполярная пластина для топливных элементов
US6790554B2 (en) Fuel cells and fuel cell plates
US10619255B2 (en) Anode for alkaline water electrolysis and method for producing anode for alkaline water electrolysis
US6838205B2 (en) Bifunctional catalytic electrode
AU2001272664B2 (en) Stainless steel substrate treatment
AU2001272664A1 (en) Stainless steel substrate treatment
US6074772A (en) High temperature fuel cell, high temperature fuel cell stack and method for producing a high temperature fuel cell
JPH11162478A (ja) 燃料電池用セパレータ
Kannan et al. Oxide-based bifunctional oxygen electrode for rechargeable metal/air batteries
EP1511105A1 (en) End plates and current collector plates for fuel cells
KR20190062887A (ko) 고분자 전해질 막 물 전기분해장치의 확산층 및 산소 전극 복합층 및 그 제조 방법, 이를 이용한 고분자 전해질 막 물 전기 분해 장치
AU6461499A (en) High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell
Baglio et al. Investigation of IrO 2/Pt electrocatalysts in unitized regenerative fuel cells
AU3246899A (en) High-temperature fuel cell and stack of high-temperature fuel cells
JPH045493B2 (ru)
MXPA01003413A (en) Bipolar plate for fuel cells
Yubero et al. Porous ionomer free layered metal alloy electrocatalyst electrode
TW507395B (en) Fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20060922

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080928