新型隔板、具有该新型隔板的电化学电池及该新型隔板在该电化学电池中的应用制造技术

本发明专利技术涉及离子渗透性网增强隔板，所述离子渗透性网增强隔板包括两个通过(可选地结合的)基本上中空的旁路通道隔开的隔板元件，其中，所述隔板元件各自包含有粘合剂和分散于其中的金属氧化物或氢氧化物，并且所述隔板元件具有至少1巴的泡点和至少1巴的反冲洗阻力，而且可选的是，所述隔板元件在6M氢氧化钾溶液中的30℃的比电阻为小于4Ω-cm；涉及产生或消耗至少一种气体的电化学电池，所述电化学电池包括所述离子渗透性网增强隔板；以及所述离子渗透性增强隔板在涉及产生或消耗至少一种气体的电化学电池中的应用。

Novel separator, electrochemical cell having the new separator and application of the novel separator in the electrochemical cell

The present invention relates to ion permeability of reinforced diaphragm, the ion permeability of reinforced clapboard comprises two by (optionally combined) separator element, basically bypass channel hollow separated in the separator element each comprising the binder and dispersed in the metal oxide or hydroxide, and the separator the backwash element has at least 1 bar bubble resistance and at least 1 bar, and optionally, the separator element in 6M KOH solution in 30 DEG C resistance ratio is less than 4 ohm -cm; electrochemical cell to produce or consume at least one gas, the electrochemical cell includes the ion permeability reinforced diaphragm; and the ion permeability enhanced by electrochemical battery separator produces or consumes at least one gas involved in the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】新型隔板、具有该新型隔板的电化学电池及该新型隔板在该电化学电池中的应用
本专利技术涉及新型隔板和包括所述新型隔板的电化学电池，例如，高压碱性水电解电池和空气燃料电池。
技术介绍
氢是二氧化碳为零排放的唯一能源。通过电解水可以将风能、太阳能和波浪能所产生的电能转化为氢，生成的氢则可用于在质子交换膜燃料电池(PEMFC’s)中产生能量，或者通过燃烧产生能量，而其唯一的副产物就是水。然而，在电解槽中产生氢需要的能量输入为至少3.9kWh/Nm3，随后需要更多的能量以高达800巴的压力提供氢。此外，如果电源的水平发生波动，那么所需的能量输入也会改变。现有技术的碱性水电解电池工作范围极为有限(额定功率的20%～100%)，不能提供高压的氢，总是需要昂贵的压缩步骤。在压力达50巴时进行的电解提供的氢和氧通常分别具有99.9mol%和99.5mol%的纯度。如果电解在更高的压力下进行，则氢和氧在电解液中的溶解度会随着压力的增大而增大，这会导致生成的气体的纯度降低，而且，由于氢扩散至氧侧比反过来的情况增加得更为强烈，导致生成的氧的纯度低于氢的纯度。这就导致电解不得不在32巴～50巴的最大压力下进行，因此，尽管室温时氢-氧化合物的爆炸上限(UEL)在大气压力至200个大气压的范围内仅由95.2mol%的氢变为95.1mol%的氢，但爆炸下限(LEL)却由大气压力下的4.0mol%的氢增大至200巴时的5.9mol%的氢。US2,683,116公开了一种电解装置的操作，该装置具有多个耐压电池，每个电池包括将其所关联的电池再分为阳极室和阴极室的单独的隔膜，该装置还具有两个气体收集系统，其中一个用于所有阳极室的气体空间，而另一个则用于所有阴极室的气体空间，该装置的操作启动的方法由以下步骤构成，即，(1)以与至少两个大气压(绝对值)的相等压力的氮填充两个所述收集系统的全部气体空间；和(2)之后接通电流开始电解。WO2004/076721A2公开了使用包括一个或多个电解槽电池的电解槽来电解水，以由此产生加压氢和氧的方法，所述电池各自独立地包括(i)管状构造的阴极，在其中配置有棒状阳极，从而在阴极和阳极之间限定环状的电解室，(ii)在阴极和阳极之间的电解室内配置的管状构造的分隔膜，从而将电解室分为阳极子室和阴极子室，并密封子室以防止其间的气流，所述方法包括以下步骤(a)将电解质的水溶液引至电解室的两个子室中；(b)通过电池各自的阳极和阴极施加直流电压降，从而将水在阴极离解为氢，在阳极离解为氧；和(c)由一个或多个优选还包括压力容器的电解槽电池分别收取氢和氧并在高压下产生氢和氧，该高压为至少10psig，而且所述方法特别优选包括维持由电池收取的氢和氧之间的压差为不超过约0.25psig。该技术应用于AvalenceHydrofiller50-6500-50RG系统，不过仍需要驱动力使两种气体渗过电池膜而混合。WO2004/076721A2公开了分隔膜选择性地允许液体通过，而不许气体通过，并保持氢气和氧气作为通过液体电解质上升的产生的气泡而分离，但没有提及关于执行这些功能的材料。US2010/0187129A公开了电解水的制造方法，所述方法包括：使用结构特征为通过隔膜将电解槽分成阳极室和阴极室的水的电解装置，并在阳极室中布置阳极板，在阴极室中布置阴极板；在阴极室中填充预先添加有电解质的水，从而进行电解；其中，待提供至阴极室的水的流率限制为相对于每1A以下的加载电流为40mL/分钟；其中，提供给阴极室的水预先充分软化，从而防止形成水垢；对于阳极室和/或阴极室中产生的电解水加入用于稀释的非软化水，以使制造电解水所需的软化水的量最少，并且制备具有所需pH范围的电解水源。然而，US2010/0187129A1未提及关于高压下的氧氢扩散或使用，其公开了非导电性的隔膜材料，但没有公开关于分隔膜的材料。US2010/0276299A1公开了增大高压(340巴～690巴)电解电池(具有限定其间内部部分的阳极和阴极)的效率的方法，所述方法包括：操作高压电解电池时降低阳极处的电流密度，减小阳极处的过电压；操作高压碱性电解电池时减少由阴极室透过电池膜渗到阳极室的氢的量。US2010/0276299A1特别公开了具有隔板的高压电解电池，所述隔板具有圆筒状的外表面和内表面。WO2008/048103A1公开了一种电解装置，所述装置包括具有外壁的容器，所述容器被垂直分为四个串联的室，在所述室的第一个和最后一个中设置电极，所述室通过半透膜而相互隔开，其中，所述半透膜基本上渗透阳离子，并且所述半透膜优选基本上不渗透多价阳离子，第二室设置有液体入口和液体出口，第三室设置有液体入口和液体出口，最后一个室设置有液体入口和液体出口，所述液体出口和所述液体入出口与多价阳离子去除装置连接。不过，WO2008/048103A1没有体积关于气体的扩散。该现有技术未提及关于用来避免生成的氢和氧的交叉污染的合适的隔板。供碱性水电解电池所用的隔板应自发地具有自润湿性、离子渗透性、化学稳定性、热稳定性、尺寸稳定性和机械稳定性，并且具有较低的离子阻力，这是因为隔板的阻力占碱性水电解电池的总阻力达到80%。如今，大多数商用电解槽仍使用石棉作为隔板。然而，石棉是高度致癌物。此外，最薄的石棉隔板也有3mm～4mm厚，因此限制了可实现的欧姆电阻，而且石棉不能在高于85℃时使用或者不能与浓度超过30重量%的氢氧化钾水溶液使用，由此导致其不适合未来的应用。代替石棉作为隔板材料的候选物的主要问题在于这些候选物缺乏亲水性、其难以控制的制造工艺及其很高的相关成本。对基于钛酸钾、聚锑酸、聚砜、亲水化聚苯硫醚、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)和PTFE的隔板进行了研究工作。这些材料中没有一种被证明适合于涉及产生或消耗至少一种气体的电化学电池的未来应用。WO93/15529A公开了以电解液饱和时具有气密性的对称结构的多孔膜的制造方法，因此，根据该方法，溶液由溶剂中的有机粘合剂制得，通过浸渍在有机非溶剂中借助萃取来除去溶剂，其特征在于在溶液中加入一定量的金属氧化物和/或金属氢氧化物。WO93/15529A还公开了根据该方法制造的膜和在两个电极之间包含所述膜的电化学电池，优选其特征在于所述电池是碱性电池，并且所述膜由电解液饱和，因而在两个电极之间形成了隔板。WO93/15529A例示了不使用增强聚合物支持体的基于聚砜作为粘合剂和氧化锆或氧化锆和氧化锌作为金属氧化物或氢氧化物的隔板。该非增强隔板已经作为ZIRFON隔板而商业化，并且显示出良好的润湿性、较低的离子阻力和较高的泡点，但具有典型的非对称孔结构(具有指状腔)，需要耗费30分钟来制造，这些都是不利的。WO2006/015462A公开了制备离子渗透性网增强的分隔膜的方法，包括以下步骤：提供网和适宜的糊料、将所述网导向为垂直位置、用所述糊料同样地涂覆所述网的两侧以制造糊料涂覆的网，和对所述糊料涂覆的网应用对称的表面孔形成步骤以及对称的凝结步骤，从而制造网增强分隔膜。WO2006/015462A还公开了一种网增强的分隔膜，其特征在于所述网位于膜的中间，而且所述膜的两侧具有相同的孔径大小特征，并公开了用于提供网增强的分隔膜的装置，该装置包括用于网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子渗透性增强隔板，所述离子渗透性增强隔板包括至少一个隔板元件和与所述至少一个隔板元件毗邻的基本上中空的旁路通道，其中，所述至少一个隔板元件包含有粘合剂和分散于其中的金属氧化物或氢氧化物，并且所述隔板元件具有至少1巴的泡点和至少1巴的反冲洗阻力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.28 EP 11156178.3;2011.02.28 US 61/447,1451.一种涉及产生或消耗至少一种气体的电化学电池，所述电化学电池包括：阳极室、阴极室、以及所述阳极室和阴极室之间的阻隔室，其中所述阻隔室包含邻近所述阴极室的第一离子渗透性增强隔板、和邻近所述阳极室的第二离子渗透性增强隔板，第二离子渗透性增强隔板距离第一离子渗透性增强隔板有一定距离，从而在第一和第二离子渗透性增强隔板之间提供旁路通道，所述离子渗透性增强隔板包括至少一个隔板元件和与所述至少一个隔板元件毗邻的基本上中空的旁路通道，其中，所述至少一个隔板元件包含有伸长的多孔网、粘合剂和分散于所述粘合剂中的金属氧化物或氢氧化物，并且所述隔板元件具有至少1巴的泡点和至少1巴的反冲洗阻力，其中，所述泡点由ASTME128或ISO4003确定。2.如权利要求1所述的电化学电池，其中，所述第一和第二离子渗透性增强隔板相同或不同。3.如权利要求1或2所述的电化学电池，其中，所述隔板元件在6M氢氧化钾溶液中在30℃时具有小于4Ω-cm的比电阻。4.如权利要求1或2所述的电化学电池，其中，所述增强是利用选自由网、网栅、金属丝网和穿孔多层板组成的组的增强单元实现的。5.如权利要求4所述的电化学电池，其中，所述穿孔多层板是层压多层板或挤压多层板。6.如权利要求1或2所述的电化学电池，其中，所述离子渗透性增强隔板是网增强隔板。7.如权利要求6所述的电化学电池，其中，所述增强隔板是网增强隔板，所述网增强隔板配置为使得所述隔板元件通过位于两个隔板元件之间的隔离物而间隔开和/或所述隔板元件连接在一起并以不受压力影响的距离间隔开。8.如权利要求7所述的电化学电池，其中，所述隔板元件具有0.05μm～50μm的孔径。9.如权利要求1或2所述的电化学电池，其中，所述基本上中空的旁路通道被整合到所述离子渗透性增强隔板中。10.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·多伊恩，Y·阿尔瓦雷斯·加莱戈，
申请(专利权)人：伟途股份有限公司，
类型：
国别省市：