SE530458C2 - En bränslecell eller en på bränslecellteknik baserad reaktor försedd med ett protonledande membran samt förfaranden för framställning därav - Google Patents

Description

530 458 bränslet är flytande och medger snabb tankning, att både bränslecellen, som kan göras kompakt, och metanolen kan framställas till låg kostnad, och att bränslecellen kan konstrueras för en rad olika stationära eller mobila/portabla tillämpningar. Vidare är bränsleceller av DMFC-typ miljövänliga, endast vatten och koldioxid släpps ut, det bildas inga svavel- och kväveoxider.

Vid den i ovannämnda publikation beskrivna brånslecellen består anoden och katoden av grafit och båda är på sin ena yta försedda med ett kanalsystem eller dylikt, vid anoden för tillförsel av en vätskeforrnig metanol-vattenblandning och vid katoden för tillförsel av syre, rent eller luftsyre. Mellan anoden och katoden finns ett protonledande membran och mellan membranet och anoden respektive katoden finns vad som kallas ett gasdiffilsionslager. Vidare bär gasdiffusionslagren eller membranet på anodsidan en katalysator av Pt och Ru och på katodsidan en katalysator av bara Pt. Gasdiffusions- lagren består av kolväv eller kolpapper. På anodsidan tar gasdiffiisionslagret emot den CO; som bildats vid oxidationen av metanolen på anodkatalysatom och låter den diffundera uppåt till en övre ändyta där COg-bubblor bildas. På katodsidan går den tillförda syrgasen igenom gasdiffiisionslagret och reagerar med elektroner och genom membranet passerande protoner till bildning av vatten. I likhet med membran för andra bränsleceller som drivs med direkt metanol består membranet här av NafionTM, en sulfonerad polymer av PTFE-typ. Katalysatorerna anbringas på gasdiffusionslagren eller på membranet i form av ett bläck av ett organiskt lösningsmedel, finfördelade katalysatorpartiklar och en lösning av NafionTM, varefter lösningsmedlet får avdunsta.

Ett nätverk av NafionTM anges vara nödvändigt för effektiv transport av protoner till membranet. Vidare används de sålunda preparerade gasdiffusionslagren som elektroder.

Det har emellertid visat sig att Nafionm inte har önskad beständighet mot metanol utan börjar lösas upp redan när det exponeras för 2 molar (ca 6 %) metanol. Vid kända bränsleceller av DMFC-typ har dessutom effekttätheten varit för låg, beroende på den långsamrna elektrokemiska oxidationen av metanol vid anoden och att metanol kunnat vandra igenom PEM-membranet (Polymer Electrolyte Membrane) till katoden, där metanolen oxiderats. Detta innebär inte bara en förlust av bränsle utan även att den vid katoden använda katalysatorn av platina förgiftas av bildad kolmonoxid med åtföljande sänkning av verkningsgraden. Reaktionernas komplexitet har gjort det svårt att få ett tillfredsställande utbyte.

I US-Bl-6 444 343 (Prakash et al.) görs en genomgång av ett flertal olika PEM- membran med början redan 1959, då det föreslogs att för HZ/Oz-bränsleceller tillverka 5313 458 sådana membran genom kondensation av fenolsulfonsyra och fonnaldehyd. För membran i Hz/Oz-bränsleceller kunde också partiellt sulfonerad polystyren användas, och membranen kunde även tillverkas från en tvärbunden styren-divinylbensen med inert fluorkolmatris, följd av sulfonering, eller från homopolymerer av u,ß,ß- trifluorostyrensulfonsyra. Med hänsyn till angivna nackdelar hos dessa material, särskilt vid användning i bränsleceller av DMFC-typ, föreslås i '343 att tillverka membranet av tvärbunden polystyrensulfonsyra i en inert matris av polyvinylidenfluorid.

I samtliga fall löper man risk för skador på membranet vid monteringen av det i cellen och det uppstår lätt problem med tätning mellan membran och elektroder.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en bränslecell eller en på bränslecellteknik baserad reaktor i vilken problemen med risk för skador på membranet och tätníngsproblemen undanröj ts.

Vid den inledningsvis angivna brånslecellen eller den på bränslecellteknik baserad reaktorn uppnås detta ändamål genom att membranet är gjutet på plats mellan anoden och katoden i nämnda minst en cell.

Vid en första utföringsfonn av det inledningsvis angivna förfarandet uppnås ändamålet genom att en lämplig monomer försättes med sulfonsyra varefter tvärbindare tillförs, sj älva polymerisationen initieras genom tillsats av en härdare, och den erhållna blandningen gjuts till ett membran på plats mellan anoden och katoden i nämnda minst en cell. Genom gjutningen in situ har de nämnda problemen helt undanröjts.

Företrädesvis utgörs monomeren av akrylamid. Därigenom kommer membranet att bestå av sulfonsyramodifierad polyakrylamid och man erhåller ett protonledande membran, som i celler av DMFC-typ inte angrips av reaktanterna och som är i huvudsak ogenomsläppligt för andra joner än protoner/hydroxoniurnj oner. Sulfonsyror har lågt pKa, som medger translation av protoner/hydroxoníumjoner genom gelen, medan passage av andra joneri huvudsak hindras.

Alla sulfonsyror som kan kopplas till aniidkväve kan användas, men exempelvis l-klor- tetrafluoroetylensulfonsyra ställer sig dyrbar, och klorsulfonsyra kan bilda en icke helt stabil produkt. Därför utgörs sulfonsyran av p-klorobensensulfonsyra. 5313 458 Framställningsförfarandet innefattar att som monomer används akrylamid, som sulfonsyra används p-klorobensensulfonsyra, akrylarniden försättes med p-klorobensensulfonsyran i vatten och värms till kokning under omrörning, varpå lösningen får svalna långsamt, och tvärbindaren tillsätts när lösningen uppnått rumstemperatur. Den p-klorobensensulfonsyramodifierade polyakrylarniden löser problemet med att högre metanolhalter kan angripa membran av andra polymera material samt att metanol tenderar att vandra igenom membranet och därmed sänka cellens verkningsgrad. Finns det vätska på andra sidan om membranet, som i celler av vår DMFC-typ, kan den spontana diffusionen av metanol igenom membranet av den nämnda modifierade polyakrylamiden nästan helt eliminerag-varfïår denna typ av membran passar särskilt väl i celler med vätska i båda cellhalvorna. Vidare är akrylamid billig i inköp.

Företrädesvis används som tvärbindare N,N”-metylenbisakrylamid tillsammans med N,N,N”,N°-tetrametylendiamin, som ger en stabil rymdstrulctur i den slutliga polymeren, och som den hårdare som initierar själva polymerisationen används ett peroxosalt, såsom exempelvis natriumperkarbonat, natriumperbensoat etc., men företrädesvis arnrnoniurnpersulfat (CAS-nr 7727-54-0).

Gjutningen, som alltså kan göras in situ i cellen, är klar på kort tid, ca 40 sekunder. I järnförelse med separat framställda membran som byggs in i en bränslecell eller reaktor, ger denna utföringsforrn mindre risk för skador på det tunna membranet vid monteringen samt bättre tätning, och katalysatom ”kryper” in i membranväggen på ett bättre sätt än vid pressning.

Vid en alternativ utföringsform av förfarandet uppnås ändamålet genom att en glassmälta åstadkommes, den erhållna glassmältan gjuts till ett tunt membran på plats mellan anoden och katoden i nämnda minst en cell, och nämnda minst en cell i ett direkt föregående steg vid behov förvärms till en temperatur som är tillräckligt hög för att icke orsaka problem med för tidig stelning av glassmältan under gjutningen på plats i cellen.

Genom gjutningen in situ har problemen med risk för skador på membranet och tätningsproblemen undanröjts.

Lämpligen åstadkoms glassmältan genom att soda smältes, och finfördelad kiseldioxid blandas ner i sodasmältan gradvis under omrörning, så att kiseldioxiden löses, och företrädesvis behandlas det på plats i cellen bildade glasmembranet med syra, som löser l0 530 458 ut sodan ur glaset, så att en matris bestående i huvudsak av kiselsyra (kiseldioxid) återstår.

Vid en ännu en annan utföringsform av förfarandet uppnås ändamålet genom att fmiördelad titandioxid blandas ner i vattenglas (natriurrirnetasilikat, CAS-nr 6834-98-0) gradvis under omrörning, blandningen gjuts till ett tunt membran på plats mellan anoden och katoden i nämnda minst en cell, och blandningen därefter omvandlas till ett kiselsyranät innehållande titandioxid. Detta är en enkel och billig metod.

I båda fallen uppvisar de erhållna tunna glasmembranen utomordentliga protonlednings- och jon- och elektronspärrriingsegenskaper, och eftersom de är gjutna in situ riskerar de inte att utsättas för ojämnt verkande klämkrafter eller dylikt och därigenom spräckas, såsom kan vara fallet vid montering av prefabricerade membran.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV DE BIFOGADE RITNINGARNA I det följ ande kommer uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till föredragna utföringsfonner och de bifogade ritningarna.

Fig. 1 är ett principiellt flödesschema som visar en bränslecellenhet av DMFC-typ, i vilken vätskeforrnig metanol oxideras stegvis i bränsleceller till koldioxid och vatten.

Fig. 2 är en tvärsnittsvy av bränslecellenheten enligt figur l och visar ett föredraget arrangemang av elektroder, mellanliggande membran och flödeskanaler.

Fig. 3-4 är planvyer av olika några flödesmönster som reaktanterna kan ledas i inuti varje cell.

Fig. 5 är en förenklad tvärsnittsvy av en cell som är förberedd för gjutning av ett protonledande membran mellan elektroderna DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I den bränslecellenhet av DMFC-typ som visas i det principiella flödesschemat i figur 1, oxideras vätskeformig metanol stegvis i bränsleceller till koldioxid och vatten. Den visade bränslecellenheten innefattar tre flödesmässigt seriekopplade bränsleceller 1, 2 och 3 för genomförande av den stegvisa oxidationen i tre separata steg. Varje bränsle- cell innefattar en anod 11, en katod 12 och ett dem åtskiljande, mellanliggande 5313 458 membran 13. På anodsidan oxideras i det första steget 1 metanol till formaldehyd, i det andra steget 2 oxideras den erhållna forrnaldehyden till myrsyra, och i det tredje steget 3 oxideras den erhållna myrsyran till koldioxid. På katodsidan reduceras i varje steg 1-3 nytillford väteperoxid till vatten. Tilltörseln av oxidant till de olika stegen regleras lämpligen så, att reaktionerna på anod- och katodsidan är i stökiometrisk balans med varandra i varje enskilt steg. Därigenom kan reaktionerna säkrare renodlas och styras så att utbytet ökas.

De tre bränslecellerna 1, 2 och 3 är också elektriskt seriekopplade. Två elektroner går från anoden 111 i steg ett via en belastning 15, visad som en glödlampa, till katoden 123 i steg tre, två elektroner från anoden 113 i steg tre går till katoden 122 i steg två, och två elektroner från anoden 11; i steg två går till katoden 121 i steg ett. I alla tre cellerna 1, 2 och 3 går bildade protoner/hydroxoriiumjoner från anoden ll, genom membranet 13 till katoden 12.

Figur 2 är en tvärsnittsvy av bränslecellenheten enligt figur 1 och visar ett föredraget arrangemang av elektroder 11, 12, mellanliggande membran 13 och flödeskanaler 16.

Anoderna 11, katoderna 12 och membranen 13 utgörs av mot varandra fästa tunna plattor eller skivor för bildning av ett paket eller en stapel. I konventionella bränslecell- enheter kan sammanfogningen ske mekaniskt, exempelvis med icke visade dragstänger, eller alternativt används icke visade fogar av ett lämpligt lim, exempelvis av silikontyp, för att hålla samman plattoma/skivoma mot varandra. Mellan membranet 13 och anoden 11 och mellan membranet 13 och katoden 12 är en ytstrtiktur 16 anordnad, som ger en optirnerad vätskeströmning över i huvudsak hela plattsidan. De i figur 1 visade flödes- ledningarna mellan de enskilda bränslecellerna l, 2 och 3 utgörs av flödesfórbindelser som är utformade i plattpaketet/-stapelm men som också i figur 2 visas som exteriört belägna.

Enligt uppfinningen utgörs membranet 13 av en tunn skiva, som är gjuten på plats mellan anoden 11 och katoden 12 i bränslecellen. Genom gjutningen på plats undviker man risken att skada membranet 13 vid monteringen av det i cellen, och inte heller får man problem med tätningen mellan membran 13 och elektroder 11, 12.

Enligt en första utiöringsforrn består det på plats gjutna membranet av polymert material som medger vandring av protoner/liydroxoniumj oner från den ena sidan av membranet 13 till den andra. 531] 458 Såsom närmare framgår nedan, kan det polymera materialet med fördel utgöras av sulfonsyramodifierad polyakrylarnid. Sulfonsyrarnodifieringen av polyakrylainiden förstör inte i någon nämnvärd omfattning stabiliteten i polymeren, den klarar angrepp från många lösningsmedel och även väteperoxid. Också elektriskt har materialet goda egenskaper, såsom hög resistens (gentemot elektroner), hög protonpermeabilitet och det klarar höga spänningar. Sulfonsyror har lågt pKa, som medger translation av protoner/hydroxoniumjoner genom gelen, medan passage av andra joner i huvudsak hindras. Genom sulfonsyramodifieringen erhålles således ett protonledande membran, som i celler av DMFC-typ inte angrips av reaktantema och som är i huvudsak ogenom- släppligt för andra joner än protoner/hydroxoniumjoner.

Sulfonsyran utgörs av p-klorobensensulfonsyra. Exempelvis l-klor- tetrafluoroetylensulfonsyra ställer sig dyrbar, och klorsulfonsyra kan bilda en icke helt stabil produkt. Vidare hindrar den sulfonsyrarnodiñerade polyakrylarniden i stort sett passage av andra joner och molekyler, exempelvis metanol, och är ej elektriskt ledande, varför elektroner ej kan passera från katoden 12 igenom membranet 13 och till anoden 11. Någon nämnvärd metanolvandring från anoden 11 till katoden 12 kan således ej ske, varför det inte uppstår någon av metanolvandring orsakad närrmvärd bränsleförlust och inte heller någon kolmonoxidutveckling vid katoden 12, vilket kunde sätta ner effekten av där eventuellt använd platinakatalysator.

Enligt en andra utföringsform består det på plats gjutna membranet av glas, som medger vandring av protoner/liydroxoniumjoner från den ena sidan av membranet 13 till den andra. Såsom närmare framgår nedan, kan glaset med fördel framställas från en smälta av sodaglas, ur vilket man efter gjutningen lämpligen löst ut sodan. Den kvarblivna kíselsyramatrisen klarar angrepp från många lösningsmedel och även väteperoxid.

Också elektriskt har materialet goda egenskaper, såsom hög resistens (gentemot elektroner), hög protonpermeabilitet och det klarar höga elektriska spänningar. Enligt ett altemativ utgår man från vattenglas, i vilken blandats ner finmalen titandioxid. Efter gjutning av blandningen på plats mellan elektroderna 11, 12, neutraliserar man blandningen och avdunstar vattnet, varvid molekylerna ordnas till ett med titandioxid dopat kiselsyranät, en kiselgel, där titandioxid fimgerar som katalysator för den önskade reaktionen. Ett sådant membran uppvisar samma egenskaper och fördelar som det ur smälta framställda glasmembranet ovan. Självfallet kan även andra och/eller ytterligare katalysatorer användas i stället för titandioxid, och om så önskas kan sådana även inkorporeras i den glassmälta som man gjuter membranet av. 53131 458 Vid den i figur 2 visade föredragna uttöringsforrnen har anoden 11 och katoden 12 en tjocklek av mindre än 1 mm och membranet 13 en tjocklek av mindre än 5 mm, företrädesvis mindre än ca 2,5 mm för plast och företrädesvis mindre än ca 0,1 mm för glas. Anoden 11 och katoden 12 har en plan sida, och den nämnda ytstrukturen 16, som ger en optimerad vätskeströmning över i huvudsak hela plattsidan, är anordnad på anoden 11 och katoden 12, medan det mellanliggande membranet 13 har båda sidor plana. Den plana sidan på katoden 121 i cell 1 i den i figur 1 visade bränslecellenheten är då i anliggningskontakt med den plana sidan på anoden 112 i cell 2, osv. Självfallet kan exempelvis katoden 121 i cell 1 och anoden 112 i cell 2 utgöras av en enda platta, som kan vara försedd med ytstrukturen 16 på båda sidor.

Anoden 11 och katoden 12 utgörs lämpligen av tunna metallplåtar av elektriskt ledande och mot reaktanterna beständigt material, exempelvis rostfritt stål, med en tjocklek från i storleksordningen 0,6 mm ned till 0,1 mm, företrädesvis 0,3 mm. Ytstrukturen i anoden 11 och katoden 12 kan utgöras av kanaler 16 med vågforrnigt tvärsnitt.

Kanalerna 16 har lämpligen en bredd i storleksordningen 2 mm upp till 3 mm och ett djup från i storleksordningen 0,5 mm ner till 0,05 mm. Ytstrtlkttiren 16 i anod- och katodplåtarna 11, 12 framställs företrädesvis genom adiabatisk forrnning, också kallad höghastighetsformning (eng. ”High Impact Forming”). Ett exempel på sådan formning visas i US-B2-6 821 471.

Mellan anoden 11 och membranet 13 samt mellan katoden 12 och membranet 13 finns det en tunn, porös katalysatorbärare 14, företrädesvis i form av en kolfiberfilt, i vilken den för den önskade reaktionen i cellen anpassade katalysatorn är anbragt. På så vis underlättas uppbyggnaden av en kompakt stapel av bränsleceller 1, 2, 3 med elektroder 11, 12 av samma tunna skivforrn med en plan sida och en ytstrukturerad sida, varigenom en hög effekttäthet kan uppnås.

Figurema 3 och 4 visar några olika ytstrukturer eller flödesmönster, som ger en optimerad vätskeströmriing över i huvudsak hela plattsidan. I figur 3 har parallella kanaler 16 upprepat brutits igenom i sidled, så att hela ytstrukturen utgörs av i ett rutmönster ordnade klackar, som bildar ett gallerformigt mönster av kanaler 16.

Slutligen visar figur 4 att också meanderfonnigt löpande parallella kanaler 16 kan användas. I samtliga fall med olika möjliga strömningsvägar bör man eftersträva att de blir lika långa från inlopp till utlopp. 530 458 Såsom nämnts ovan anbringas enligt uppfinningen membranet 13 i cellen genom giutning på plats mellan anoden 11 och katoden 12. Detta visas mera i detalj i figur 5, som är en tvârsnittsvy av en cell i en bränslecellenhet, som förberetts för gjutning av membranet 13 på plats mellan anoden 11 och katoden 12. För att bättre åskådliggöra uppfinningen har elektroderna 11, 12 och det mellanliggande utrymmet för det membran 13 som ska giutas ritats med starkt överdriven tjocklek. I den visade cellen i bränslecellenheten är de två elektroderna 11, 12 på sin mot varandra och mot utrymmet för membranet vettande sida försedda med ytstruktur 16 i form av kanaler. Mot den med ytstruktur 16 försedda sidan av båda elektroderna 11, 12 anligger den porösa katalysatorbäraren 14, företrädesvis i förrn av en kolfiberfilt, i vilken en katalysator, som är optimerad för den önskade reaktionen i cellen, är anbragt.

Mellan och i tätande kontakt med anoden 11 och katoden 12 i varje cell är en uppåt öppen, i huvudsak U-formig distansram 17 anordnad, vilken har en tjocklek som definierar tjockleken på det membran 13 som ska giutas på plats i cellen. Materialet i distansramen 17 kan väljas bland en rad olika material, men företrädesvis används polyakrylat. Den stapel 11, 12 av elektroder och distansramar 17 som bildar grunden till bränslecellsenheten kan hållas samman genom limning, men vid den i figur 5 visade utföringsforrnen används fyra genomgående bultar 18 (varav två visas), en i varje hörn av elektrodplattoma. Mellan de två katalysatorbärama 14 i en cell bildas det alltså ett i sidled och djupled av distansramen 17 avgränsat, uppåt öppet utrymme, i vilken membranet 13 ska gjutas.

För gjutningen försättes en lämplig monomer med sulfonsyra varefter tvärbindare tillförs, sj älva polymerisationen initieras genom tillsats av en hårdare, och den erhållna blandningen gjuts till ett membran på plats i det uppåt öppna utrymrnet mellan anoden och katoden 11, 12.

Som fackmannen omedelbart och utan uppfinningsarbete inser finns det en hel rad av monomerer som är användbara, bl.a. tetrafluoretylen och de som föreslås i US-Bl- 6 444 343 (Prakash et al.) ovan, härigenom inkorporerad genom referens, men företrädesvis utgörs monomeren av akrylamid. Därigenom kommer membranet att bestå av sulfonsyramodifierad polyakrylamid och man erhåller ett protonledande membran, som i celler av DMFC-typ inte angrips av reaktanterna och som är i huvudsak ogenom- släppligt för andra joner än protoner/hydroxoniumjoner. l5 5313 458 Sulfonsyror har lågt pKa, som medger translation av protoner/hydroxoniumj oner genom gelen, medan passage av andra joner i huvudsak hindras. Alla sulfonsyror som kan kopplas till amidkväve kan användas, men företrädesvis utgörs sulfonsyran av p-klorobensensulfonsyra. Exempelvis 1-klor-tetrafluoroetylensulfonsyra ställer sig dyrbar, och klorsulfonsyra kan bilda en icke helt stabil produkt.

F ramställningsförfarandet innefattar att som monomer används akrylamid, som sulfonsyra används p-klorbensensulfonsyra, akrylamiden försättes med p-klorobensensulfonsyran i vatten och värms till kokning under omrörning, varpå lösningen får svalna långsamt, och tvärbindaren tillsätts när lösningen uppnått rumstemperatur. De kan dock tillsättas tidigare, om så önskas. Den p-klorbensensulfonsyramodifierade polyakrylarniden löser problemet med att högre metanolhalter kan angripa membran av andra polymera material samt att metanol tenderar att vandra igenom membranet och därmed sänka cellens verkningsgrad. Finns det vätska på andra sidan om membranet, såsom i celler av DMFC-typ, kan den spontana diffusionen av metanol igenom membranet av den nänmda modifierade polyakrylamiden nästan helt elimineras, varför denna typ av membran passar särskilt väl i celler med vätska i båda cellhalvoma. Vidare är akrylamid billig i inköp.

Som tvärbindare används företrädesvis N,N'-metylenbisakrylarnid tillsammans med N,N,N”,N”-tetrarnetylendiarnin, som ger en stabil rymdstruktur i den slutliga polymeren, och som den hårdare som initierar sj älva polymerisationen används ett peroxosalt, såsom exempelvis natriumperkarbonat, natriumperbensoat etc., men företrädesvis arnmoniumpersulfat.

Efter tillsats av härdare gjuts blandningen till ett membran på plats i bränslecellen eller i den på bränslecellteknik baserade reaktorn. Gjutningen som alltså görs in situ i cellen är klar på kort tid, ca 40 sekunder. I jämförelse med separat framställda membran som byggs in i en bränslecell eller reaktor, ger detta en bättre tätning samt eliminerad risk för skador på det tunna membranet vid monteringen, och katalysatorn ”kryper” in i rnembranväggen på ett bättre sätt än vid pressning.

Optimering av katalysatorerna för den i figur l visade metanoldrivna bränslecellenheten ger exempelvis som resultat att den nämnda första katalysatorn kan utgöras av 60-94 % Ag, 5-30 % Te och/eller Ru, samt 1-10 % Pt ensamt eller tillsamrnans med Au och/eller TiOg, företrädesvis i förhållandena ca 90:9:l för reaktionen CHgOH <-> HCHO + 2 If' + 2 e' (a) SBC! 458 ll av SiOZ och TiOz tillsamrnans med Ag för reaktionen HcHo + H20 <-» HcooH + 2 H* + 2 e' (b) och av Ag ensamt eller tillsammans med TiOz och/eller Te för reaktionen HcooH «-> co, + 2 H* + 2 e' (ß) Den nämnda andra katalysatom utgörs då exempelvis av kolpulver (kimrök, eng. ”carbon black”), antrakinon samt Ag och fenolharts för reaktionen H2o2+2H*+2e'+»2H2o (d) Som nämnts ovan utgörs den optimerade katalysatom för det andra steget lämpligen av SiÛ2, TlÛg OCh Ag.

Antrakinon (CAS-nr 84-65 -1) är ett kristallint pulver med en småltpunkt av 286 °C, som är olösligt i vatten och alkohol men lösligt i nítrobensen och ariilin. Katalysatorn kan framställas genom att kolpulver (kimrök, eng. ”carbon black”), antrakinon och silver blandas med exempelvis fenolharts och gjuts och får stelna. Den gjutna produkten lossas sedan från underlaget, krossas och finmals, varefter det erhållna pulvret slammas upp i ett lämpligt lösningsmedel, anbringas på önskad plats och lösningsmedlet får avdunsta.

Exempel 8 g akrylamid försattes med 2 g p-klorobensensulfonsyra (p-CBSA) i 80 ml vatten och värrndes på en el-platta till kokning under omröring, varpå lösningen fick svalna långsamt på plattan. Härvid bildades en kopplingsprodukt mellan akrylamiden och p-CBSA via amidkvävet i akrylamiden, och det bildades även HC1 som gasades bort under kokningen. När lösningen var rumstempererad tillsattes en tvärbindare, i detta fall 2 g N,N”-metylenbisakrylamid tillsammans med 0,5 ml N,N,N°,N'-tetrametylendiarnin, som gav en stabil struktur i den slutliga polymeren. För gjutning av ett membran togs en fjärdedel av den erhållna produkten ut, och själva polymerisationen initierades med ett peroxosalt, i detta fall animoniurnpersulfat, varav en spateludd var tillräckligt.

Polymerisationen startade efter 40 sekunder, så det fanns gott om tid att överföra produkten till den redan fardigmonterade bränslecellen, där gjutningen av membranen skedde i stående position. De gjutna membranen i bränslecellen visade sig ge en oklanderlig tätning. Vidare visade det sig att katalysatom ”kröp” in i membranväggen på ett bättre sätt än vid pressning, och några skadori membranet förekom ej. l en bränslecell av DMFC-typ fungerade det platsgjutna membranet utmärkt.

Membranet löstes ej av metanol, etïekttätlieten var hög, och förlust av bränsle genom 530 458 12 vandring av metanol genom membranet var inget problem, varför verkningsgraden behölls på en hög nivå och utbytet var tillfredsställande.

För tillverkning av ett platsgiutet glasmembran använder man lämpligen en sodaglassmälta. Först smälter man soda (N a2CO3) och blandar sedan gradvis ner finmald kiseldioxid (Si02) under fortsatt upphettning så att smältan är klar. När smältan förts in på avsedd plats i den vid behov íörvärmda bränslecellen får den svalna innan sodan löses ut ur glasmembranet med svag syra, så att en kiselsyramatris återstår. Den kvarblivna kiselsyramatrisen klarar angrepp från många lösningsmedel och även väteperoxid. Också elektriskt har materialet goda egenskaper, såsom hög resistens (gentemot elektroner), hög protonpermeabilitet och det klarar höga elektriska spänningar.

Enligt ett alternativ utgår man från vattenglas, i vilken blandats ner finmalen titandioxid. Efter gjutning av blandningen på plats mellan elektroderna, neutraliserar man blandningen och avdunstar vattnet, varvid molekylema ordnas till ett kiselsyranät, en kiselgel, som dopats med titandioxid. Ett sådant membran uppvisar samma egenskaper och fördelar som det ur smälta framställda glasmembranet ovan.

Ehuru uppfinningen ovan beskrivits med hänvisning till föredragna utfóringsforiner är det klart att en fackman lätt och utan uppfinningsarbete kan tänka sig ett flertal modifikationer av uppfinningen inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Exempelvis kan materialet i det plastgjutna membranet behöva modifieras om membranet ska användas i en annan bränslecell eller en annan på bränslecelltekriik baserad reaktor än en av DMFC-typ. Om så önskas kan självfallet en eller flera lämpliga katalysatorer, såsom exempelvis Ag ensamt eller tillsammans med TiOg och/eller Te, blandas in i sodaglassmältan, och vid användning av vattenglas är det likaledes möjligt, om så önskas, att komplettera TiOg med en eller flera lämpliga ytterligare katalysatorer, såsom exempelvis Ag och/eller Te, eller byta ut den mot en sådan.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 530 458 13 PATENTKRAV l. En bränslecell eller en på bränslecellteknik baserad reaktor med minst en cell innefattande en anod (11), en katod (12) och ett mellanliggande protonledande membran (13) som är gjutet på plats mellan anoden (11) och katoden (12) i nämnda minst en cell, vilket membran (13) består av en tunn skiva av sulfonsyramodifierad polyakrylamid, som medger vandring av protoner/hydroxoniumj oner från den ena membransidan till den andra, k ä n n e t e c k n a d a v att sulfonsyran är p-klorobensensulfonsyra. . Förfarande for framställning av en bränslecell eller en på bränslecellteknik baserad reaktor med minst en cell innefattande en anod (11), en katod (12) och ett mellanliggande protonledande membran (13), varvid en lämplig monomer fÖfSäÜCS med sulfonsyra, en tvärbindare som ger en stabil rymdstruktur i den slutliga polymeren tillsätts, själva polymerisationen initieras genom tillsats av en hårdare, och den erhållna blandningen gjuts till ett membran (13) på plats mellan anoden (11) och katoden (12) i nämnda minst en cell, k ä n n e t e c k n a t a v att som sulfonsyra används p-klorobensensulfonsyra, som monomer används akrylamid och av att akrylamiden försättes med p-klorobensensulfonsyran i vatten och värms till kokning under omrörning, varpå lösningen får svalna. . Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at a v att lösningen får svalna långsamt, och av att tvärbindaren tillsätts när lösningen uppnått rumstemperatur. . F örfarande enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n at a v att som tvärbindare används N,N”-metylenbisakrylamid tillsammans med N,N,N”,N”- tetrametylendiamin. . Förfarande enligt något av kraven 2- 4, k ä n n e t e c k n a t a v att som hårdare används ett peroxosalt. . Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n at a v att peroxosaltet är arnmoniumpersulfat.