用于直接液体燃料电池的气体阻挡阳极制造技术

一种用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池的阳极（３）。意欲面向该燃料电池电解质室（５）的阳极（３）表面基本完全用聚合物材料（６）覆盖，该聚合物材料防止至少约８０％所产生的氢气通过该聚合物材料进入该电解质室（５）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使用氢化物燃料的直接液体燃料电池(DLFC)的气体阻挡阳极，具体涉及有助于防止或至少基本上降低该燃料电池中电解质的电阻增加的阳极，其增加是由电解质中的氢气泡引起的，其气泡尤其是由氢化物燃料的分解产生的。
技术介绍
在新能源转换
中，直接液体燃料电池相当重要。最常用的用于DLFC的液体燃料是甲醇。这种直接甲醇燃料电池(DMFCs)的主要缺点是甲醇的毒性和室温下很差的放电特性。结果，DMFCs通常不用于便携式电子装置等。基于(金属)氢化物和硼氢化物化合物如硼氢化钠(例如在碱性溶液中)的燃料具有很高的化学和电化学活性。因此，使用这样的燃料的DLFCs即使在室温下也具有极高的放电特性(电流密度、比能等)。使用(硼)氢化物燃料的DLFC的有效运行要求将(硼)氢化物连续输送至阳极的催化剂颗粒。例如，根据下列反应式在阳极处通过直接反应将硼氢化物电化学氧化而形成BO2-和水：BH4-+8OH-＝BO2-+6H2O+8e-             (1)副反应包括硼氢化物电化学氧化成H2和硼氢化物的非电化学分解(自放电)。硼氢化合物的分解根据下列反应式发生：BH4-+2H2O→BO2-+4H2↑                (2)作为上述副反应结果的氢气的形成产生多个问题。这些问题之一包括氢气通过阳极进入电解质室，导致在电解质中形成氢气泡，再导致电解质电阻的增加。-->
技术实现思路
本专利技术提供用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池的阳极，其中，意欲面向燃料电池电解质室的阳极的那个表面基本完全用聚合物材料覆盖，该聚合物材料防止至少约80％的所产生的氢气通过聚合物材料而进入电解质室。在阳极的一方面，可以防止至少约85％的氢气，如至少约90％、至少约95％或至少约98％的氢气进入电解质室。在另一方面，阳极与聚合物材料的组合的面积电阻率(electric area resistivity)可以不高于约1Ohm·cm2，例如，不高于约0.9Ohm·cm2、不高于约0.85Ohm·cm2、或不高于约0.8Ohm·cm2。正如此处所用的和在所附的权利要求中，术语“面积电阻率”和“电阻率”是可互换使用的。在又一方面，阳极的表面可以用单层聚合物材料覆盖，或者至少可以将两层聚合物材料布置在阳极的表面。例如，该至少两层可以包括不同的聚合物材料。在再一方面，聚合物材料可以包含一层或多层聚合物材料，并可以具有不超过约200μm的总厚度和/或至少25μm的总厚度。在本专利技术的阳极的另一方面，聚合物材料可以包括至少一种具有亲水基的聚合物。例如，亲水基可以是OH、COOH和/或SO3H基团。优选地，该至少一种具有亲水基的聚合物包括OH基团。在又一方面，该至少一种具有亲水基的聚合物可以包括乙烯醇的均聚物和/或共聚物，例如具有重均分子量不大于约100,000和/或不小于约30,000的聚合物。作为非限定性实例，乙烯醇的共聚物可以包含乙烯醇和一种或多种烯属不饱和共聚单体的共聚物，如乙烯醇/乙烯共聚物。此外，乙烯醇的共聚物-->可以包含至少约50mol％的乙烯醇单元。在本专利技术的阳极的又一方面，至少部分聚合物材料可以能够在水溶液中膨胀。在再一方面，至少一种具有亲水基的共聚物可以例如与交联剂至少部分交联，该交联剂包含具有能够与亲水聚合物的官能团反应的至少一种官能团的聚合物。优选地，该至少一种具有亲水基的聚合物与交联剂的重量比范围为约2∶1至约1∶2。在另一方面，该至少一种具有亲水基的聚合物可以包含具有OH基团的聚合物，交联剂可以包含选自聚乙二醇、聚环氧乙烷及其组合的聚合物。例如，聚乙二醇可以具有约300至约10,000的数均分子量，聚环氧乙烷可以具有约35,000至约200,000的数均分子量。在又一方面，该至少一种具有亲水基的聚合物可以与选自硅酸盐、焦磷酸盐、糖醇和醛的至少一种交联剂至少部分交联。这些交联剂的非限定性实例包括碱金属硅酸盐、碱金属焦磷酸盐、木糖醇、山梨糖醇和甲醛。作为非限定性实例，该至少一种具有亲水基的聚合物和交联剂的重量比范围可以为约2∶1至约1∶2。在本专利技术阳极的再一方面，阳极可以包含金属网电流集电器如镍金属网电流集电器。此外，阳极可以包含粘合剂如聚四氟乙烯。本专利技术也提供用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池的阳极，其中意欲面向燃料电池电解质室的阳极的表面基本完全用一层或多层材料涂覆，该材料包含乙烯醇的至少部分交联的均聚物和/或至少部分交联的共聚物，其具有乙烯醇单元的含量为至少约50mol％。该一层或多层防止至少约90％的所产生的氢气渗透该一层或多层进入电解-->质室。此外，其上具有一层或多层的阳极具有电阻率不高于约0.9Ohm·cm2。在该阳极的一方面，该一层或多层可以包含至少两层，与包含乙烯醇和一种或多种烯属不饱和共聚单体的共聚物的阳极接触的第一层，布置在第一层上并包含乙烯醇均聚物的第二层。在阳极的另一方面，该一层或多层可以包含乙烯醇的均聚物。在又一方面，该一层或多层可以具有约25μm至约200μm的总厚度。在再一方面，乙烯醇聚合物可以与选自聚乙二醇和聚环氧乙烷的交联剂至少部分交联。作为非限定性实例，乙烯醇聚合物和交联剂的重量比可以为约2∶1至约1∶2。在又一方面，乙烯醇聚合物可以与选自硅酸钠、焦磷酸钠、山梨糖醇、木糖醇、甲醛及其两种或多种的组合的交联剂至少部分交联。在阳极的又一方面，该一层或多层可以防止至少约95％的所产生的氢气渗透该一层或多层，其上具有该一层或多层的阳极可以具有不高于约0.85Ohm·cm2的电阻率。在另一方面，阳极可以包含镍网电流集电器。本专利技术也提供包含如上所述的本专利技术的阳极的直接液体燃料电池，该阳极包括其各方面。在一方面，该燃料电池可以在其燃料室中包含金属氢化物和/或金属硼氢化物化合物，例如硼氢化钠。在另一方面，燃料电池的电解质室可以包含含水的碱金属氢化物，例如含水的氢氧化钾。本专利技术也提供使用易于进行分解产生氢气的液体燃料的直接液体燃料电池。该燃料电池包含阴极；阳极；布置在阴极和-->阳极之间的电解质室；布置在与面向电解质室侧相对的阳极那一侧上的燃料室；和布置在面向燃料室的那个阳极表面上的一层或多层聚合物材料。这些一层或多层聚合物材料防止存在于燃料室的至少大部分氢气(当液体燃料存在与该燃料室时)通过该一层或多层进入电解质室。在燃料电池的一方面，燃料可以包含金属氢化物化合物和/或金属硼氢化物化合物。在另一方面，阳极可以在其上具有单层聚合物材料，或其可以在其上具有至少两层聚合物材料。在又一方面，可以防止至少约90％的氢气，例如至少约95％的氢气进入电解质室。在燃料电池的再一方面，其上具有聚合物材料的阳极的电阻率可以不高于约1Ohm·cm2，例如不高于约0.9Ohm·cm2。在另一方面，该一层或多层聚合物材料可以具有不大于约200μm的总厚度和/或至少约25μm的总厚度。在燃料电池的另一方面，聚合物材料可以包括至少一种具有亲水基，例如OH、COOH和/或SO3H基团的一种或多种的聚合物。在优选的实施方案中，该至少一种聚合物至少包含OH基团。作为非限定性实例，该至少一种聚合物可以包含乙烯醇的均聚物和/或共聚物。例如，乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳极，其用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池，其中，意欲面向该燃料电池电解质室的阳极表面基本完全用聚合物材料覆盖，该聚合物材料防止至少约８０％所产生的氢气通过该聚合物材料进入该电解质室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-10-7 10/959,7631.一种阳极，其用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池，其中，意欲面向该燃料电池电解质室的阳极表面基本完全用聚合物材料覆盖，该聚合物材料防止至少约80％所产生的氢气通过该聚合物材料进入该电解质室。2.根据权利要求1所述的阳极，其中，防止至少约85％的该氢气进入该电解质室。3.根据权利要求2所述的阳极，其中，防止至少约90％的该氢气进入该电解质室。4.根据权利要求3所述的阳极，其中，防止至少约95％的该氢气进入该电解质室。5.根据权利要求4所述的阳极，其中，防止至少约98％的该氢气进入该电解质室。6.根据权利要求1至5任一项所述的阳极，其中，该阳极与该聚合物材料的组合的电阻率不高于约1Ohm·cm2。7.根据权利要求1至6任一项所述的阳极，其中，该阳极与该聚合物材料的组合的电阻率不高于约0.9Ohm·cm2。8.根据权利要求1至7任一项所述的阳极，其中，该阳极与该聚合物材料的组合的电阻率不高于约0.85Ohm·cm2。9.根据权利要求1至8任一项所述的阳极，其中，该阳极与该聚合物材料的组合的电阻率不高于约0.8Ohm·cm2。10.根据权利要求1至9任一项所述的阳极，其中，该阳极的表面用单层聚合物材料覆盖。11.根据权利要求1至9任一项所述的阳极，其中，将至少两层聚合物材料布置在该阳极的表面上。12.根据权利要求11所述的阳极，其中，该至少两层包含不同的聚合物材料。-->13.根据权利要求1至12任一项所述的阳极，其中，该聚合物材料包含一层或多层聚合物材料，且该一层或多层具有总厚度不大于约200μm。14.根据权利要求1至13任一项所述的阳极，其中，该聚合物材料包含一层或多层聚合物材料，且该一层或多层具有总厚度至少约25μm。15.根据权利要求1至14任一项所述的阳极，其中，该聚合物材料包含至少一种具有亲水基的聚合物。16.根据权利要求15所述的阳极，其中，该亲水基选自OH、COOH和SO3H基团的一种或多种。17.根据权利要求15和16任一项所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物包含OH基团。18.根据权利要求15至17任一项所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物包含乙烯醇的均聚物和共聚物的至少一种。19.根据权利要求18所述的阳极，其中，该乙烯醇的均聚物和共聚物的至少一种具有重均分子量不大于约100,000。20.根据权利要求18和19任一项所述的阳极，其中，该乙烯醇的均聚物和共聚物的至少一种具有重均分子量不低于约30,000。21.根据权利要求15所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物包含乙烯醇的均聚物。22.根据权利要求17所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物包含乙烯醇与一种或多种烯属不饱和共聚单体的共聚物。23.根据权利要求22所述的阳极，其中，该乙烯醇的共聚物包含乙烯醇/乙烯共聚物。-->24.根据权利要求22和23任一项所述的阳极，其中，该乙烯醇共聚物包含至少约50mol％的乙烯醇单元。25.根据权利要求1至24任一项所述的阳极，其中，至少部分该聚合物材料能够在水溶液中膨胀。26.根据权利要求15至24任一项所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物是至少部分交联的。27.根据权利要求26所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物与交联剂至少部分交联，该交联剂包含具有能够与该亲水聚合物的官能团反应的至少一种官能团的聚合物。28.根据权利要求27所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物与该交联剂的重量比为约2∶1至约1∶2。29.根据权利要求27和28任一项所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物包含具有OH基团的聚合物，该交联剂包含选自聚乙二醇、聚环氧乙烷及其组合的聚合物。30.根据权利要求27至29任一项所述的阳极，其中，该交联剂包含具有数均分子量从约300至约10,000的聚乙二醇。31.根据权利要求27至30任一项所述的阳极，其中，该交联剂包含具有数均分子量从约35,000至约200,000的聚环氧乙烷。32.根据权利要求26所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物与选自硅酸盐、焦磷酸盐、糖醇和醛的至少一种交联剂至少部分交联。33.根据权利要求32所述的阳极，其中，该至少一种具有亲水基的聚合物与该交联剂的重量比为约2∶1至约1∶2。34.根据权利要求32和33任一项所述的阳极，其中，该交联剂包含碱金属硅酸盐和碱金属焦磷酸盐的至少一种。35.根据权利要求32至34任一项所述的阳极，其中，该交-->联剂包含木糖醇和山梨糖醇的至少一种。36.根据权利要求32至35任一项所述的阳极，其中，该交联剂包含甲醛。37.根据权利要求1至36任一项所述的阳极，其中，该阳极包含金属网电流集电器。38.根据权利要求37所述的阳极，其中，该金属包含镍。39.根据权利要求1至38任一项所述的阳极，其中，该阳极包含粘合剂。40.根据权利要求39所述的阳极，其中，该粘合剂包含聚四氟乙烯。41.一种阳极，其用于其中作为燃料氧化或分解反应的结果产生氢气的直接液体燃料电池，其中意欲面向该燃料电池电解质室的该阳极表面基本完全用一层或多层材料涂覆，该材料包含乙烯醇的至少部分交联的均聚物和至少部分交联的共聚物的至少一种，其具有乙烯醇单元的含量为至少约50mol％，该一层或多层防止至少约90％的所产生的氢气渗透该一层或多层进入该电解质室，并且其上具有该一层或多层的阳极具有电阻率为不高于约0.9Ohm·cm2。42.根据权利要求41所述的阳极，其中，该一层或多层包含至少两层，与包含乙烯醇和一种或多种烯属不饱和共聚单体的共聚物的阳极接触的第一层，和布置在该第一层上并包含乙烯醇均聚物的第二层。43.根据权利要求41所述的阳极，其中，该一层或多层包含乙烯醇的均聚物。44.根据权利要求41至43任一项所述的阳极，其中，该一层或多层具有约25μm至约200μm的总厚度。45.根据权利要求41至44任一项所述的阳极，其中，该乙-->烯醇聚合物与选自聚乙二醇和聚环氧乙烷的交联剂至少部分交联。46.根据权利要求45所述的阳极，其中，该乙烯醇聚合物与该交联剂的重量比为约2∶1至约1∶2。47.根据权利要求41至44任一项所述的阳极，其中，该乙烯醇聚合物与选自硅酸钠、焦磷酸钠、山梨糖醇、木糖醇、甲醛及其两种或多种的组合的交联剂至少部分交联。48.根据权利要求41至47任一项所述的阳极，其中，该一层或多层...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大布卢夫斯坦，盖纳蒂芬克尔斯坦，
申请(专利权)人：摩尔能源有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]