电化学能量转化制造技术

一种包括电化学能量转化电池的装置，其中所述电化学能量转化电池包括：　　　　第一电池部分，其包括　　　　第一催化电极，以及　　　　同所述第一催化电极相连接的第一可电解或可极化的绝缘部分；　　　　第二电池部分，其包括　　　　第二催化电极，以及　　　　同所述第二催化电极相连接的第二可电解或可极化的绝缘部分，其中配置所述电化学转化电池，以阻止基本上所有的、自所述第一可电解或可极化绝缘部分向所述第二可电解或可极化绝缘部分的离子的迁移；以及　　　　第一和第二反应剂供给源同所述第一催化电极和所述第二催化电极相连通，其中配置所述能量转化电池，以使所述第一和第二反应剂供给源同所述第一催化电极和所述第二催化电极选择性连通。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学能量转化相关申请的交叉引用[0001]本申请要求2003年1月10日申请的美国临时申请No.60/439,247的权益。专利技术背景[0002]本专利技术涉及将一种反应的化学能转化为电能。本专利技术在一定程度上涉及燃料电池技术，其中也将一种反应的化学能转化为电能。构成燃料电池核心的三个主要部件为燃料电极(阳极)、氧电极(阴极)以及电解质。大量延续的、与耐用性、水管理、热管理、燃料储存、燃料供给、空气输送、冷却剂输送以及能量调节有关的设计问题已在某种程度上限制了燃料电池技术的改进。尽管本专利技术的范围不涉及包括特殊优点或解决任何特殊问题的装置，但值得注意的是可将本专利技术的多种实施方案应用于着手解决这些设计问题中的一种或多种。
技术实现思路
[0003]在此详细提供用于实现电化学能量转化的多种装置和方法。其它在此未具体公开的装置和方法可从本说明书中的多种说明中获得。根据本专利技术的一种实施方案，提供了一种电化学能量转化电池。该电池包括第一和第二电池部分，以及第一和第二反应剂供给源。该第一电池部分包括第一催化电极以及与该第一催化电极相连接的第一可电解或可极化的绝缘部分。该第二电池部分包括第二催化电极以及与该第二催化电极相连接的第二可电解或可极化的绝缘部分。配置该电化学转化电池，从而基本上阻止所有离子从第一可电解或可极化的绝缘部分迁移到第二可电解或可极化的绝缘部分。该第一和第二反应剂供给源同该第一催化电极和第二催化电极相连通。配置该能量转化电池，从而使该第一和第二反应剂供给源同第一和第二催化电极选择性地连通。该第一和第二反应剂供给源同第一和第二催化电极的选择性地连通可归因于反应剂供给源流径的交替或者第一和第二催化电极的移动。[0004]根据本专利技术的另一种实施方案，提供一种电化学能量转化-->电池。该电池包括第一和第二电池部分。该第一电池部分包括第一催化电极以及与该第一催化电极相连接的第一可电解或可极化的绝缘部分。该第二电池部分包括第二催化电极以及与该第二催化电极相连接的第二可电解或可极化的绝缘部分。一种离子迁移屏障同该第一和第二可电解或可极化的绝缘部分相连接且设置在其中。[0005]根据本专利技术其它的实施方案，提供操作装置的方法，该装置包括根据本专利技术的电化学能量转化电池。[0006]因此，本专利技术的一个目的在于提供由一种反应的化学能到电能的改进转化。根据本专利技术在此具体化的说明，本专利技术的其它目的将是显然的。附图说明[0007]当结合下面的附图阅读时，可更透彻地理解本专利技术下面详细说明的具体实施方案，其中用相同的参考数字标明相同的结构，以及其中：[0008]图1为根据本专利技术的电化学能量转化电池的示意图；[0009]图2和3为根据本专利技术一种实施方案的电化学能量转化电池的两种不同操作状态的示意图；[0010]图4为根据本专利技术的电化学能量转化电池的剖面示意图；[0011]图5A和5B为根据本专利技术另一种实施方案的电化学能量转化电池的不同操作状态的示意图；[0012]图6为根据本专利技术的替代电化学能量转化电池的示意图，其特别强调用于该电池的适宜的反应剂供给源；[0013]图7和8为根据本专利技术的旋转型电化学能量转化电池的示意图；[0014]图9为根据本专利技术的反应剂处理系统和电化学能量转化电池示意图；以及[0015]图10为具有根据本专利技术的燃料处理系统和电化学能量转化电池的车辆示意图。优选实施方案的说明[0016]首先参考图1，说明了一种根据本专利技术的电化学能量转化电池10的示意图。通常，该电化学转化电池10包括第一和第二电池部分20，30以及第一和第二反应剂供给源R1、R2。该第一电池部分20包括第-->一催化电极22和与该第一催化电极22相连接的第一可电解部分24。同样地，该第二电池部分30包括第二催化电极32和与该第二催化电极32相连接的第二可电解部分34。如下面参考图2和3详细公开的一样，通过离子迁移屏障可将第一和第二可电解部分24，34分开，该离子迁移屏障基本上阻止了第一和第二可电解部分24，34之间所有的离子迁移。作为选择，如下面参考图5A和5B详细公开的一样，仅将该第一和第二可电解部分24，34定义为一个不传导离子的可电解材料或一个不传导离子的可极化绝缘材料的两半。因此，仅在图1中示意说明该第一和第二可电解部分24，34，而未参考将在该第一和第二可电解部分24，34之间阻止离子迁移的特殊结构。[0017]如下面根据图2、3、5A和5B将详细说明的一样，电化学转化电池10的可操作性不依赖于或者不需要离子从该电池10的第一可电解部分24到该电池10的第二可电解部分34迁移穿过该电池10。特殊地配置该电池10，从而阻止离子自第一可电解部分24到第二可电解部分34的迁移。尽管该可电解部分24，34中的每一个均支持电解质材料内的电荷的再分配，但离子未从该第一可电解部分24到该第二可电解部分34迁移穿过该电池10。[0018]将该第一和第二反应剂供给源R1，R2放置的同该第一催化电极22和第二催化电极32相连通。如根据在图6-8中说明的替代实施方案，将在下面详细公开的一样，配置该能量转化电池10，从而使得该第一和第二反应剂供给源R1，R2选择性地同该第一催化电极22和第二催化电极32相连通。更特别地，配置该电化学能量转化电池10，从而使得在该第一和第二反应剂供给源R1，R2之间交替连通该第一催化电极22和第二催化电极32。[0019]该第一和第二反应剂供给源R1，R2同该第一和第二催化电极22、32选择性地连通或者可归因于该第一和第二反应剂供给源R1，R2流径的交替，或者可归因于该第一和第二催化电极22、32的移动。图6说明了方式的一种实施例，通过该方式可提供流径的交替，图7-8说明了用于移动该第一和第二催化电极的示意图。在下面将详细讨论这些图中的每一个。值得注意的是，提供在图6-8中说明的方案仅仅是为了说明的目的，其它提供流径交替和电极移动的方案将落在本专利技术范围之内。-->[0020]现在转向图2和3，其中用相同的参考数字说明相同的结构，说明了根据本专利技术一种实施方案的电化学转化电池的放大部分。该第一反应剂供给源R1包括含有氢的阳极反应剂源。该第二反应剂供给源R2包括含有氧的阴极反应剂源。如在图2和3中图解说明的一样，在图2中，该阳极反应剂源R1同该第一催化电极22相连通，在图3中，同该第二催化电极32相连通。相反，在图2中，该阴极反应剂源R2同该第二催化电极32相连通，在图3中，同该第一催化电极22相连通。[0021]关于该催化电极22、32的结构，在电化学能量转化领域，教导了大量适宜的电极构型。例如，如在图2和3中说明的一样，每一个电极22、32可包括一层高表面积导电材料如碳，其具有催化剂颗粒如铂分散在其上。[0022]其中，该阳极反应剂源R1包括氢，配置该第一和第二催化电极22、32，从而催化下面的反应：                                 [0023]其中，该阴极反应剂源R2包括氧，配置该第一和第二催化电极，从而催化下面的反应：                                  [0024]如在图2中示意说明的一样，通过将氧或者含氧气体导向该第二催化电极32，而将氢或者含氢气体导向该第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括电化学能量转化电池的装置，其中所述电化学能量转化电池包括：第一电池部分，其包括第一催化电极，以及同所述第一催化电极相连接的第一可电解或可极化的绝缘部分；第二电池部分，其包括第二催化电极，以及同所述第二催化电极相连接的第二可电解或可极化的绝缘部分，其中配置所述电化学转化电池，以阻止基本上所有的、自所述第一可电解或可极化绝缘部分向所述第二可电解或可极化绝缘部分的离子的迁移；以及第一和第二反应剂供给源同所述第一催化电极和所述第二催化电极相连通，其中配置所述能量转化电池，以使所述第一和第二反应剂供给源同所述第一催化电极和所述第二催化电极选择性连通。2.如在权利要求1中所要求的装置，其中所述第一和第二反应剂供给源包括可改变的流径，且所述第一和第二反应剂供给源同所述第一和第二催化电极的所述选择性连通归因于所述流径的交替。3.如在权利要求1中所要求的装置，其中所述第一和第二催化电极是可移动的，且所述第一和第二反应剂供给源同所述第一和第二催化电极的所述选择性连通归因于所述第一和第二催化电极的可移动性。4.如在权利要求1中所要求的装置，其中进一步配置所述电化学能量转化电池，以在所述第一和第二反应剂供给源之间交替所述第一和第二催化电极的连通。5.如在权利要求4中所要求的装置，其中配置所述电化学能量转化电池，以通过改变所述第一和第二反应剂供给源的流径在所述第一和第二反应剂供给源之间交替所述连通。6.如在权利要求4中所要求的装置，其中配置所述电化学能量转化电池，以通过移动所述第一和第二催化电极在所述第一和第二反应剂供给源之间交替所述连通。-->7.如在权利要求1中所要求的装置，其中所述第一反应剂供给源包括阳极反应剂源，所述第二反应剂供给源包括阴极反应剂源。8.如在权利要求7中所要求的装置，其中所述阳极反应剂源同所述第一和第二催化电极选择性连通，所述阴极反应剂源同所述第一和第二催化电极选择性连通。9.如在权利要求7中所要求的装置，其中所述阳极反应剂源包括氢。10.如在权利要求9中所要求的装置，其中配置所述第一和第二催化电极，以催化下面的反应：                                  11.如在权利要求7中所要求的装置，其中所述阴极反应剂源包括氧。12.如在权利要求11中所要求的装置，其中配置所述第一和第二催化电极，以催化下面的反应：                                  13.如在权利要求1中所要求的装置，其还包括反应剂控制器，将其配置为：以交替顺序，将阳极反应剂和阴极反应剂导向所述第一催化电极；以及以交替顺序，将阴极反应剂和阳极反应剂导向所述第二催化电极。14.如在权利要求13中所要求的装置，其中配置所述反应剂控制器，以通过改变所述阳极和阴极反应剂的流径来引导所述反应剂。15.如在权利要求13中所要求的装置，其中配置所述反应剂控制器，以通过改变所述第一和第二催化电极的位置来引导所述反应剂。16.如在权利要求1中所要求的装置，其还包括反应剂控制器，配置该反应剂控制器以将阳极和阴极反应剂导向所述第一和第二催化电极，从而使得在不同的所述第一和第二催化电极上同时发生下面的反应：                     A→B+xe--->                    C+xe-→D其中A、B、C和D中的每一个都包括一种或多种反应剂，xe-代表大量电子。17.如在权利要求16中所要求的装置，其中所述阳极反应剂包括氢，所述阴极反应剂包括氧。18.如在权利要求16中所要求的装置，其中配置所述反应剂控制器以将所述阳极和阴极反应剂导向所述第一和第二催化电极，从而使得所述反应A→B+xe-包括下面反应中的至少一个：                                   19.如在权利要求16中所要求的装置，其中配置所述反应剂控制器以将所述阳极和阴极反应剂导向所述第一和第二催化电极，从而使得所述反应C+xe-→D包括下面反应中的至少一个：                                  20.如在权利要求16中所要求的装置，其中进一步将所述反应剂控制器配置为：将阴极反应剂导向所述的第二催化电极，而将所述阳极反应剂导向所述的第一催化电极；以及将阳极反应剂导向所述的第二催化电极，而将所述阴极反应剂导向所述的第一催化电极。21.如在权利要求1中所要求的装置，其中配置所述电化学能量转化电池，从而使得所述第一和第二催化电极基本上与不同的所述第一和第二反应剂供给源单独相连。22.如在权利要求1中所要求的装置，其中通过常规薄膜的不同部分限定所述第一可电解或可极化的绝缘部分和所述第二可电解或可极化的绝缘部分。23.如在权利要求22中所要求的装置，其中所述常规薄膜不将离子从一层催化层输送通过到相对的催化层。24.如在权利要求1中所要求的装置，其中通过各个分开的薄膜限定所述第一可电解或可极化的绝缘部分和所述第二可电解或可极化的绝缘部分。-->25.如在权利要求24中所要求的装置，其中所述的各个分开的可电解薄膜由离子迁移屏障分开。26.如在权利要求24中所要求的装置，其中所述的各个分开的可电解薄膜由含碳材料分开。27.如在权利要求1中所要求的装置，其中配置所述电化学能量转化电池，从而使得所述第一和第二可电解或可极化的绝缘部分不遭受相当大的增湿作用。28.如在权利要求1中所要求的装置，其中通过离子迁移屏障将所述能量转化电池的所述第一电池部分同所述能量转化电池的所述第二电池部分分开。29.如在权利要求28中所要求的装置，其中所述离子迁移屏障包括薄膜。30.如在权利要求28中所要求的装置，其中所述离子迁移屏障包括可电解的材料。31.如在权利要求28中所要求的装置，其中所述离子迁移屏障包括含碳材料。32.如在权利要求28中所要求的装置，其中配置所述离子迁移屏障，以使之包括电荷平衡电容器。33.如在权利要求1中所要求的装置，其中通过常规的可电解薄膜使所述能量转化电池的所述第一电池部分同所述能量转化电池的所述第二电池部分连接。34.如在权利要求33中所要求的装置，其中所述常规的可电解薄膜包括一种配置得可基本上阻止其间所有离子迁移的、可电解的材料。35.如在权利要求33中所要求的装置，其中使所述常规的可电解薄膜同所述第一和第二催化电极相连接。36.如在权利要求1中所要求的装置，其中所述能量转化电池的所述第一电池部分同所述能量转化电池的所述第二电池部分机械连接。37.如在权利要求1中所要求的装置，其中配置所述电化学能量转化电池，从而使得来自于其的电化...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·E·森诺恩，G·E·弗克斯，G·W·弗利，G·M·罗布，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：