[发明专利]用于可逆燃料电池的组件

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明概述

本发明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。本发明的另一个目的是一种包含该组件的可逆燃料电池。

附图简要说明

图1是本发明的一种膜电极组件的示意性截面图。

图2和3是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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。

发明的说明

本发明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，本发明的组件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(ELE1_i)以及至少一个离散的产能活性区域(EG1_i)。第二电催化剂层包括至少一个离散的电解活性区域(ELE2_i)以及至少一个离散的产能活性区域(EG2_i)。第一电催化剂层E1上的这个或这些离散的电解活性区域ELE1_i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ELE2_i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EG1_i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EG2_i中的每一个相对应并且对齐。