用于可逆燃料电池的组件制造技术

本申请涉及用于可逆燃料电池的组件。用于可逆燃料电池中的一种膜电极组件包括：离子传导膜，该膜具有第一和第二表面；与该膜的第一表面相接触的第一电催化剂层，所述第一电催化剂层包括至少一个离散的电解活性区域(ELE1i)以及至少一个离散的产能活性区域(EG1i)。第二电催化剂层被放置为与该膜的第二表面相接触，所述第二电催化剂层包括至少一个离散的电解活性区域(ELE2i)以及至少一个离散的产能活性区域(EG2i)。电解活性区域(ELE1i)中的每一个与电解活性区域(ELE2i)中的每一个相对应并对齐，并且产能活性区域(EG1i)中的每一个与产能活性区域(EG2i)中的每一个相对应并对齐。

Components for reversible fuel cells

The application relates to a component for a reversible fuel cell. A membrane electrode assembly for a reversible fuel cell includes an ion conduction membrane having a first and a second surface, a first electrocatalyst layer in contact with the first surface of the membrane, the first electrocatalyst layer comprising at least one discrete electrolytic active region (ELE1i) and at least one discrete productivity active region (ELE1i). EG1i). The second electrocatalyst layer is placed in contact with the second surface of the membrane, comprising at least one discrete electrolytic active region (ELE2i) and at least one discrete productivity active region (EG2i). Each of the electrolytic active regions (ELE1i) corresponds to and aligns with each of the electrolytic active regions (ELE2i), and each of the productive active regions (EG1i) corresponds to and aligns with each of the productive active regions (EG2i).

【技术实现步骤摘要】
用于可逆燃料电池的组件本申请是申请日为2011年8月23日、申请号为″201180052562.5″、名称为″用于可逆燃料电池的组件″的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2010年8月30日提交的欧洲申请号10174543.8的优先权，出于所有的目的该申请的全部内容通过引用结合在此。
本专利技术总体上是针对燃料电池并且更确切地说是针对可逆燃料电池以及它们的部件。
技术介绍
燃料电池是可以高效率地通过燃料的氧化以及氧化剂的还原而将燃料中储存的能量转化成电能的电化学装置。该燃料和氧化剂在两个分开的电极处经历一种氧化还原反应，每个电极包含与一种电解质相接触的催化剂。该电解质位于这些电极之间以防止这两种反应物之间的直接反应并且将离子从该电池的一侧传导至另一侧。有利地该电解质可以是一种固体聚合物电解质。在燃料电池中可以使用多种多样的反应物。例如，该燃料可以是基本上纯的氢气、一种气态的含氢重整油流束、或直接甲醇燃料电池中的甲醇。该氧化剂可以是，例如，基本上纯的氧或一种稀的氧流，如空气。另一方面，一种电解池使用电力来生产不同的化学物种，例如由水或氯来生产氢和氧、用一种碱性盐水来生产氢氧化钠和氢气。一种电解池主要涉及逆向运行的燃料电池。允许逆向运行(使得使用电能作为输入物时被氧化的燃料可以被还原回到未氧化的燃料)的燃料电池一般称为“可逆的”或“再生的”燃料电池。产生电力并且再生燃料的能力使得可逆燃料电池关于电能储存是特别有吸引力的。特别引起兴趣的是所谓的单元式再生燃料电池，即如下的可逆燃料电池：其中在同一个电池堆叠中进行产能模式的运行(燃料电池模式)以及电解模式的运行二者。因为这样一个电池的电活性部件必须在电解以及燃料电池模式二者下运行，则难以针对二者将它们进行优化。例如US2003/0068544A(CISAR，A.)10/04/2003披露了一种单元式再生的氢氧燃料电池，其中氧电极包括一个电催化剂层，该电催化剂层包含一种对于从水中释放氧是活性的催化剂以及对于将氧还原成水是活性的催化剂的一个混合物。该氧电极的气体扩散层包括疏水的以及亲水的区域。然而，通过这样一种构型，该水运输进出该电极的这些不同活性的电催化区域并未表现最佳。因此，仍然需要能够在燃料电池模式以及电解模式二者下都以最高效率运行的单元式的再生式燃料电池。
技术实现思路
本专利技术的一个第一目的是一种用于可逆燃料电池中、特别用于单元式再生式燃料电池中的组件，该组件具有优化的活性，在该电池在电解模式下以及在产能模式下运行时均是如此。本专利技术的另一个目的是一种包含该组件的可逆燃料电池。附图说明图1是本专利技术的一种膜电极组件的示意性截面图。图2和3是根据本专利技术的第一和第二实施方案的一种膜电极组件的这些部件的示意图。图4是根据本专利技术另一个实施方案的一种组件的这些部件的示意图，该组件包含一个膜电极组件以及多个气体扩散层。图5是根据本专利技术另一个实施方案的一种燃料电池堆的这些部件的示意图，该燃料电池堆包含一个膜电极组件、多个气体扩散层以及多个双极板。具体实施方式本专利技术的第一目的是一种用于可逆燃料电池的膜电极组件。表述“膜电极组件”在此用来表示如下一种组件：该组件包括一个离子传导膜，该膜被布置在两个电催化剂层之间，每个电催化剂层包括一种用于协助所希望的电化学反应的恰当催化剂、位于与该离子传导膜相邻。参见图1，本专利技术的组件1包括一个离子传导膜ICM，该膜具有第一和第二表面。一个第一电催化剂层E1与该膜的第一表面相接触并且一个第二电催化剂层E2与该膜的第二表面相接触。第一电催化剂层E1包括至少一个离散的电解活性区域(ELE1i)以及至少一个离散的产能活性区域(EG1i)。第二电催化剂层包括至少一个离散的电解活性区域(ELE2i)以及至少一个离散的产能活性区域(EG2i)。第一电催化剂层E1上的这个或这些离散的电解活性区域ELE1i中的每一个与第二电催化剂层E2上的这个或这些离散的电解活性区域ELE2i中的每一个相对应并且对齐。第一电催化剂层E1上的这个或这些离散的产能活性区域EG1i中的每一个与第二电催化剂层E2上的这个或这些离散的产能活性区域EG2i中的每一个相对应并且对齐。提及本专利技术的组件的任意元件上的一个离散区域的表述“与......相对应并且对齐”在此用来表示该区域与该离子传导膜的表面上的一个对应区域或者与该离子传导膜的相反一侧上的等效元件的表面上的一个对应区域具有相同的尺寸和形状并且是与之对齐的。图2示出了本专利技术的组件1的一个实施方案，该组件包括该离子传导膜(ICM)以及第一和第二电催化剂层E1和E2。在图2所示的实施方案中，每个电催化剂层都包括一个离散的电解活性区域(ELE1和ELE2)以及一个产能活性区域(EG1和EG2)。各个电催化剂层(E1和E2)可以包括多于一个的电解活性区域ELE1i以及多于一个的产能活性区域EGi。第一电催化剂层上的各个电解活性区域ELE1i与第二电催化剂层E2上的各个电解活性区域ELE2i相对应并且对齐，并且各个产能活性区域EG1i与各个产能活性区域EG2i相对应并且对齐。E1上的总的电解活性区域(∑ELE1i)与E2上的总的电解活性区域(∑ELE2i)相等，并且E1上的总的产能活性区域(∑EG1i)与E2上的总的产能活性区域(∑EG2i)相等。因此：∑ELE1i＝∑ELE2i并且∑EG1i＝∑EG2i。对于本专利技术的组件中的各种类型的EGi和ELEi区域的数目、尺寸和形状没有限制，只要它们形成离散的、各自不同的区域。一般各个区域的尺寸将取决于该组件的尺寸，但典型地区域EGi和ELEi将具有至少0.01mm2、甚至至少0.1mm2、有可能甚至大于0.5mm2的表面。各种类型的区域的数目i将典型地范围从1至100、优选从1至50、更优选从1至20。这些区域可以具有任何形状，尽管规则的形状可以是优选的。所有这些离散的电解活性区域的总和∑ELE1i(或∑ELE2i)在i＝1时是对应于电解活性区域ELE1的范围，可以与各个电催化剂层上的离散的产能活性区域的总和∑EG1i(或∑EG2i)是相同或不同的。在用于氢/氧燃料电池的一种组件的情况下，典型地∑EG1i是大于∑ELE1i并且因此∑EG2i是大于∑ELE2i。优选地∑EGi/∑ELEi之比的范围是从1.5∶1至5∶1、更优选从2∶1至4.5∶1、甚至更优选从2.5∶1至4∶1。一个甚至更优选的比率可以是从2.8∶1至3.5∶1。在其他类型的可逆燃料电池中，各个电催化剂层上的产能活性区域与电解活性区域之比可以是不同的并且将典型地取决于通过该电池的两种运行模式中的反应而产生的电压。各个离散的电解活性区域ELEi与各个产能活性区域EGi通过至少一个边界区BRj而分开。边界区的数目j将取决于产能活性区域和电解活性区域的数目并且取决于它们在这些电催化剂层上的安排。该边界区可以是由这个或这些电解活性区域与相邻的这个或这些产能活性区域之间的组成或形态上的改变而产生的电催化剂层中的一种简单的中断。替代地，该边界区BRj可以是一种离散区域，其特征为与任何一个相邻的区域ELEi和EGi的组成不相同的一种组成。该边界区BRj可以有利地具有与各个相邻的区域ELEi和EGi不同的组成。该边界区可以特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电化学电池的组件，包括：具有第一和第二表面的离子传导膜；与该膜的第一表面相接触的第一电催化剂层E1，所述第一电催化剂层E1包括至少一个离散的电解活性区域ELE1i以及至少一个离散的产能活性区域EG1i；与该膜的第二表面相接触的第二电催化剂层E2，所述第二电催化剂层E2包括至少一个离散的电解活性区域ELE2i以及至少一个离散的产能活性区域EG2i；其中所述第一电催化剂层E1上的该至少一个离散的电解活性区域ELE1i中的每一个与所述第二电催化剂层E2上的该至少一个离散的电解活性区域ELE2i中的每一个相对应并且对齐，并且其中所述第一电催化剂层E1上的该至少一个离散的产能活性区域EG1i中的每一个与所述第二电催化剂层E2上的该至少一个离散的产能活性区域EG2i中的每一个相对应并且对齐，其中各个离散的电解活性区域ELEi与各个离散的产能活性区域EGi通过至少一个边界区BRj而分开,所述边界区BRj的特征为与相邻的离散的电解活性区域与产能活性区域不相同的电导率，并且所述边界区BRj没有电导率或有可忽略的电导率，并且其中该离子传导膜的与电催化剂层E1和E2上的这些电解活性区域相接触的区域表示为ICMELE，而该离子传导膜的与电催化剂层E1和E2上的这些产能活性区域相接触的区域表示为ICMEG，其中各个电解活性区域ICMELEi与各个产能活性区域ICMEGi通过边界区ICMBRj而分开，该边界区对应于这些电催化剂层上的各个电解活性区域与各个产能活性区域之间的边界区，所述边界区ICMBRj特征为与相邻的离散的电解活性区域ICMELEi与产能活性区域ICMEGi不相同的离子电导率，并且所述边界区ICMBRj没有离子电导率或有可忽略的离子电导率，以及其中所述第一电催化剂层E1的所述至少一个离散的电解活性区域ELE1i包含与所述第一电催化剂层E1的所述至少一个离散的产能活性区域EG1i不同的催化剂，其中该离子传导膜包括：至少一个与所述第一和第二电催化剂层上的所述电解活性区域ELE1i和ELE2i的每一个相对应并且对齐的离散区域、以及至少一个与所述第一和第二电催化剂层上的所述产能活性区域EG1i和EG2i的每一个相对应并且对齐的离散区域。...

【技术特征摘要】
2010.08.30 EP 10174543.81.用于电化学电池的组件，包括：具有第一和第二表面的离子传导膜；与该膜的第一表面相接触的第一电催化剂层E1，所述第一电催化剂层E1包括至少一个离散的电解活性区域ELE1i以及至少一个离散的产能活性区域EG1i；与该膜的第二表面相接触的第二电催化剂层E2，所述第二电催化剂层E2包括至少一个离散的电解活性区域ELE2i以及至少一个离散的产能活性区域EG2i；其中所述第一电催化剂层E1上的该至少一个离散的电解活性区域ELE1i中的每一个与所述第二电催化剂层E2上的该至少一个离散的电解活性区域ELE2i中的每一个相对应并且对齐，并且其中所述第一电催化剂层E1上的该至少一个离散的产能活性区域EG1i中的每一个与所述第二电催化剂层E2上的该至少一个离散的产能活性区域EG2i中的每一个相对应并且对齐，其中各个离散的电解活性区域ELEi与各个离散的产能活性区域EGi通过至少一个边界区BRj而分开,所述边界区BRj的特征为与相邻的离散的电解活性区域与产能活性区域不相同的电导率，并且所述边界区BRj没有电导率或有可忽略的电导率，并且其中该离子传导膜的与电催化剂层E1和E2上的这些电解活性区域相接触的区域表示为ICMELE，而该离子传导膜的与电催化剂层E1和E2上的这些产能活性区域相接触的区域表示为ICMEG，其中各个电解活性区域ICMELEi与各个产能活性区域ICMEGi通过边界区ICMBRj而分开，该边界区对应于这些电催化剂层上的各个电解活性区域与各个产能活性区域之间的边界区，所述边界区ICMBRj特征为与相邻的离散的电解活性区域ICMELEi与产能活性区域ICMEGi不相同的离子电导率，并且所述边界区ICMBRj没有离子电导率或有可忽略的离子电导率，以及其中所述第一电催化剂层E1的所述至少一个离散的电解活性区域ELE1i包含与所述第一电催化剂层E1的所述至少一个离散的产能活性区域EG1i不同的催化剂，其中该离子传导膜包括：至少一个与所述第一和第二电催化剂层上的所述电解活性区域ELE1i和ELE2i的每一个相对应并且对齐的离散区域、以及至少一个与所述第一和第二电催化剂层上的所述产能活性区域EG1i和EG2i的每一个相对应并且对齐的离散区域。2.根据权利要求1所述的组件，进一步包括：与所述第一电催化剂层的不接触该离子传导膜的表面相接触的第一气体扩散层GDL1、以及与所述第二电催化剂层的不接触该离子传导膜的表面相接触的第二气体扩散层GDL2。3.根据权利要求2所述的组件，其中所述第一气体扩散层GDL1...

【专利技术属性】
技术研发人员：E迪博瓦，H范登博雷，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE