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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2230402
FUEL CELL festen Polymer-Elektrolyten und Verfahren
MANUFACTURING MEMBRANE FÜR IHN
Name des Erfinders: Bobrova LP (RU); Timofeev SV (RU); Fateev VN (RU); Porembsky VI (RU); Lyutikova EK (RU)
Der Name des Patentinhabers: Russian Research Center "Kurtschatow - Institut"
Korrespondenzanschrift: 123182, Moskau, pl. Kurtschatow 1, RRC "Kurtschatow-Institut"
Startdatum des Patents: 2002.09.27
Die Erfindung betrifft das Gebiet der chemischen Stromquellen, insbesondere in Brennstoffzellen mit festen Polymerelektrolyten.
Wobei Erfindung ist es, die Stabilität Effekt der Verringerung ohmschen Verluste und die Abnahme in der Membranspannung entsprechend der Brennstoffzellwachstum zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist eine Brennstoffzelle, wobei das System für die Wasserbilanz in der Festpolymerelektrolyt aufrechterhalten wird durch Verwendung einer Membran aus einem festen Polymer-Elektrolyten mit Hohlkanälen durchgeführt, die als Hohlrohre aus einem Material mit Ionenleitfähigkeit ähnlich der Ionenleitfähigkeit des Membranmaterials ausgebildet sind, der Außendurchmesser weniger als die Dicke der Hohlrohre die Membran und die mechanische Festigkeit des Materials des Hohlrohrs ist höher als die mechanische Festigkeit des Membranmaterials. Die Hohlrohre sind näher an der Membran in der Brennstoffzelle und der Anode in Kontakt mit dem Wasservorratsbehälter an der Oberseite und / oder Unterseite der Brennstoffzelle befindet angeordnet.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der chemischen Stromquellen, insbesondere in Brennstoffzellen mit festen Polymerelektrolyten.
Membranwiderstand des festen Polymer-Elektrolyten (wie perfluorierte Sulfonsäure-funktionelle Membran Typ Nafion - Warenzeichen von Du Pont Company) verwendet, in der Brennstoffzelle mit einem festen Polymerelektrolyten, hängt im wesentlichen vom Wassergehalt in der Membran. Mit abnehmendem Feuchtigkeitsbeständigkeit der Membran zunimmt, die ohmschen Verluste in der Membran und verringert die Spannung an der Brennstoffzelle, d.h. dann sinkt der Wirkungsgrad.
Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts, insbesondere in dem Teil der Membran, die zur Anode benachbart ist, ist ein natürlicher Prozess, der den Betrieb der Brennstoffzelle geladen wird. Es ist aufgrund der Tatsache, daß Wasserstoffionen von der Anode, die Kathode während des Betriebs der Brennstoffzelle zusammen übertragen Moleküle mit wenigen Wasser zu übertragen. Folglich ist, desto größer die Stromdichte ist, desto intensiver ist die Entleerung der Anodenbereich der Membran. Dadurch verringert sich die Stromdichte bei einer gegebenen Spannung, die als Instabilität und der Brennstoffzelle (Spannungsabfall mit der Zeit) angesehen werden kann, insbesondere bei hohen Stromdichten.
Zu lösen , wird dieses Problem (Erhöhung der Stromdichte) in einer Brennstoffzelle verwendet befeuchteten Wasserstoff zu der Anode zuzuführen, wie beschrieben, beispielsweise in M. Wakizoe, O. Velev, S. Srinivasan "Analyse der Protonenaustauschmembran - Brennstoffzellenleistung mit abwechselnden Membranen "Electrochimica Acta No 30, v.3, pp.335-344, 1995, ist gut begründet in einer einzigen Zelle mit einem kleinen linearen Abmessungen. Im Falle von Mehrzellenbatterie mit Zellen größer Zuführungs befeuchtete Wasserstoff gewährleisten nicht gleichmäßige Verteilung von Wasserdampf in den Batteriezellen und zudem die Steuerung und Regelung der erforderlichen Druckänderungen von Wasserdampf in Wasserstoff als Funktion der Stromdichte (vor allem bei häufigen Änderungen der Stromdichte) ist technisch eine sehr schwierige Aufgabe.
Bekannten Brennstoffzellensystemen Wasserbilanz des festen Polymerelektrolyten, beschrieben in U.S. Patent Aufrechterhaltung №5503944, 2 April 1996 , in dem die passive Steuerung durch Feuchtigkeitszufuhr aus der Wasserkühlsystem der Kathode in der Brennstoffzelle und dem Wasser aus dem Wasserkühlsystem bereitgestellt eine feinporige Platte zu der Anode durch aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Gasen und der Reagenz-Kühlwassersystem. Jedoch Wasserbilanz ein System für die Aufrechterhaltung, wie in dem Patent beschrieben ist, ist sehr komplex, insbesondere aufgrund der Notwendigkeit, die erforderliche Druckdifferenz zwischen den Reaktanten und dem Wasser-Kühlmittel zu liefern. Darüber hinaus Kontakt mit den beiden Kühlwasser Gase Reagenzien erhöht Brand- und Explosionsrisiko einer Brennstoffzelle durch die Wahrscheinlichkeit der Vermischung von Gasen zu erhöhen.
Bekannten Brennstoffzelle mit einem festen Polymerelektrolyten, beschrieben in U.S. Patent №5472799, MKI H 01 M 8/10, 5. Dezember 1985 bei einer Kathodenstromabnehmer, einer Kathode in Kontakt mit einem Stromkollektor, eine Ionenaustauschmembran mit einer Katalysatorschicht und eine Anode , mit dem Anodenstromkollektor kontaktiert. Die katalytische Schicht ist elektrisch isoliert von dem Stromkollektor und ist mit der Kathode näher ist als die Anode. Als Material für die Ionenaustauschmembran aus Nafion verwendet wurde - ein Warenzeichen von Du Pont. Die katalytische Schicht aus platinierten Kohlenstoffpartikeln oder Platin.
Der Vorteil dieser Brennstoffzelle ist , dass die katalytische Schicht zu wechselseitige Diffusion von Gasen zu den gegenüberliegenden Elektroden eine Verringerung der Zellspannung aufgrund verhindert als diffundierenden Gase reagieren miteinander Wasser auf dem Katalysator des katalytischen Betts zu erzeugen. Das sich ergebende Wasser kann die notwendige Befeuchtung der Membran und der Elektrode bereitzustellen (insbesondere die Anode) und dem erforderlichen niedrigen ohmschen Widerstand der Elektroden und Membranen.
Die Brennstoffzelle stabil über 100 Stunden (bei 610 bis 655 0 C Stromdichte von 1 A / cm 2, die Spannung von 80 mV) arbeitet , wenn als befeuchteten Reaktanden Wasserstoff und Sauerstoff entfeuchteten bei Atmosphärendruck verwendet.
Der Nachteil dieser Brennstoffzelle ist ein fester Polymerelektrolyt ist , den Fluss der Platinmetalle zu erhöhen, wie sie sind für die Herstellung des verwendeten Katalysatorbetts. Brennstoffzellen-Anwendungen erfordern befeuchteten Wasserstoff und als Gasdiffusionsgeschwindigkeit und damit Geschwindigkeit der Wasserbildung und hängt nicht von der Stromdichte in Abhängigkeit von der Betriebsart wird (genauer gesagt, Stromdichte) einen unterschiedlichen Grad der Hydratation von Wasserstoff erfordern. Diese Brennstoffzelle bietet keine Stabilität in der Gegenwart von Wasserstoff Verunreinigungen (wie beispielsweise CO) charakteristisch für die meisten verfügbaren Wasserstoff durch Umsetzung organischer Brennstoff (Erdgas, Benzin, Methanol) hergestellt.
In der Nähe von dem beanspruchten Brennelement Brennstoffzelle ist in dem U.S. Patent №5529855, MKI H 01 M 8/10, 01 H M 8/02, 25. Juni 1996 beschrieben , die zur Befeuchtung der Membran aus einem festen Polymerelektrolyten , die die Struktur der Brennstoffzelle beschreibt und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Membran-Brennstoffzelle besteht aus einem festen Polymerelektrolyten, umfassend ein oder mehrere hohle Transportkanäle in der Masse oder auf der Oberfläche des Festpolymerelektrolyten und dienen Elektrolyt ein festes Polymer zur Benetzung mit Wasser zu liefern. Hohlkanäle, hergestellt durch ein Lösen oder mehrere wasserlösliche Fasern in oder auf der Membranoberfläche angeordnet. Die Zufuhrrate von Wasser in den Hohlkanälen gesteuerte Pumpe. Der Polyvinylalkohol sowie ein Festpolymerelektrolyt - Material wie die Fasern (Durchmesser 0,05 mm) verwendet , - Nafion 117. Zur Bildung von hohlen Kanälen innerhalb der beiden Teile der Membran Nafion 117 bei einem Druck von 50 kg / cm 2 und einer Temperatur von 150 0> C zwischen ihnen mit den Fasern angeordnet komprimiert Polyvinylalkohol wird durch Behandlung in Wasser bei 90 0> C gelöst, wonach die Membran mit einer Lösung aus Schwefelsäure behandelt wurde die Membran in der Protonenform zu konvertieren.
Der Vorteil dieser Brennstoffzelle niedriger Membranfestigkeit, macht etwa 2/3 der Widerstand der Membran aus dem gleichen Material, aber mit einem "Standard" Befeuchtung durch befeuchteten Gase liefert. Dies führt zu einer entsprechenden Verringerung der ohmschen Verluste und höhere Spannungen im Brennelement. Effizienz der Membran und seine Feuchtigkeitsbeständigkeit ist nicht abhängig von der Anwesenheit von Kohlenmonoxid in Wasserstoff und / oder der Anwesenheit anderer Katalysatorgifte.
Der Nachteil dieser Brennstoffzelle ist, dass eine Brennstoffzelle, wobei die Membran keine großen Druckkräfte Kollektorstrom auf die Membran zu verwenden, was zu einer Brennstoffzelle hat einen großen inneren Ohm'schen Widerstand aufgrund der großen Kontaktwiderstand der Membran mit einer Katalysatorschicht und der Kollektorstrom beschichtet. Weiterhin bei längerem Betrieb der Membran mit Hohlkanälen auf diese Weise erhalten, gibt es eine Verringerung ihres Durchmessers und vollständige Verschwinden durch plastisches Verformen und Fließen des Polymermaterials, d.h. Dauer der Wirkung, den Widerstand der Membran Absenken gemäß dem Patent erhalten wird, klein ist. Dies liegt daran , dass in dem Mehrzellen - Batterie verwendet tatsächlich in der Praxis während des Betriebs, der Druck auf der Kollektorstrom die Oberfläche der Membran hoch (mehrere zehn kg / cm 2) und Temperaturen , die ausreichend für diesen Prozess (die Temperatur in der Masse der Membran erreicht , erreicht 90-100 0 > C). Als Ergebnis erreicht die Wirkung von Feuchtigkeit und reduzieren Membranwiderstand durch den Kanal bildet , verschwindet innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne - 200 Stunden. Wenn die Kanäle auf der Oberfläche der Membran gebildet werden, sollten sie nicht nur aufgrund der plastischen Verformung verschwinden, sondern auch die Membran den Kontakt mit einer katalytischen Schicht verschlechtert und einem Stromkollektor, wie durch Untersuchungen durch die vorliegenden Erfinder durchgeführt gezeigt, zu einer Verringerung der Spannung an einer Zelle führt.
Das technische Ergebnis, das Erreichen der erfindungsgemßen Brennstoffzelle gewährleistet ist ein Festpolymerelektrolyt, der Effekt der Verringerung der Stabilität der ohmschen Verluste und Abnahme der Membranspannung entsprechende Erhöhung des Brennstoffelements zu verbessern.
Ionenleitfähigkeit ähnlich der Leitfähigkeit des Membranmaterial, das technische Ergebnis, daß eine Brennstoffzelle mit einem festen Polymerelektrolytmembran, umfassend einen festen Polymerelektrolyten mit Hohlkanälen erreicht wird, wobei die Kanäle als Hohlrohre aus einem Material gebildet sind.
Wobei der Außendurchmesser der Rohre sollte innerhalb der Membran am nächsten an der Anode weniger als die Dicke der Membran, und ein hohles Rohr sein. und die mechanische Festigkeit des hohlen Rohrmaterials sollte höher sein als die mechanische Festigkeit des Membranmaterials. Ferner ist die hohle Röhre in Kontakt mit dem Wasserreservoir auf der Ober- und Unterseite angeordnet (oder nur oben oder nur unten) der Brennstoffzelle in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle eines Festpolymerelektrolyten Herstellung von Hohlkanäle in der Membran des festen Polymer-Elektrolyten, umfassend das Bilden von einem Hohlrohr Membranvolumen enthält. Wenn diese Membran mit Hohlrohren hergestellt, indem die Lösung auf dem Ionenaustauscher-Copolymer-Substrat mit Hohlrohren darin positioniert Anwendung. Wenn diese Lösung in mehreren Schritten mit Zwischentrocknung bei einer Temperatur von 20-80 0> C angewendet In diesem Fall wird die mechanische Festigkeit des hohlen Rohrmaterials höher ist als die mechanische Festigkeit des Grundmaterials der Membran, die durch Verwendung von Rohren für das gleiche Copolymer wie die der Membran, aber mit einem höheren Äquivalentgewicht erreicht ist. Somit Rohre Wärmebehandlungstemperatur über der Verarbeitungstemperatur der Membran. Betrachten wir dadurch erreichen ein höheres versicherungstechnisches Ergebnis. Die Membran Einführen hohles Rohr aus einem Material mit Ionenleitfähigkeit ähnlich der Leitfähigkeit des Membranmaterials. Dies gewährleistet eine gute Haftung des Membranmaterials zu den Hohlrohren. Offenen Enden der hohlen Rohre in Kontakt mit dem Wasser in dem Tank an der Spitze der Brennstoffzelle. Wasser aus dem Vorratsbehälter durch die Schwerkraft in das hohle Rohr zugeführt und weiter diffundiert durch das Wandmaterial der Membran, während die notwendige Feuchtigkeit der Membran aufrechterhalten wird. Der Außendurchmesser dieser Hohlrohre geringer als die Dicke der Membran. In diesem Fall, wenn der Durchmesser des Hohlrohres größer ist als die Dicke der Membran ist, werden sie auf der Membranoberfläche wirken und die Membran den Kontakt mit einem Stromkollektor verschlechtern. Die Rohre werden in der Membran in der Nähe der Anode angeordnet ist, die eine effizientere Zufuhr von Wasser der Anodenseite der Membran zur Verfügung, die mehr getrocknet wird, verglichen mit dem Kathodenteil. In dieser Hohlrohre haben eine höhere mechanische Festigkeit als das Material der Membran, wobei, wenn die Batteriekompressions Anstrengungen Brennstoffzellenbetriebsdrücke und der Stromkollektor auf der Oberfläche der Membran mit Katalysator Durchmesserreduzierung Rohren findet nicht statt, weil in erster Linie die Verformung des Membranmaterials, und somit eine Verschlechterung der Membran Wasser auftritt.
Das hohle Rohr kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine Copolymerlösung Naßspinnen, indem es durch eine Düse in ein Fällbad zugeführt wird. Die resultierende hohle Röhre (eine Hohlfaser) vor der Membranherstellungsbehandlung bei einer Temperatur von 110-150 0> C Wärme ausgesetzt, daß sie eine höhere mechanische Festigkeit liefert (insbesondere eine höhere Beständigkeit gegen Quetschen) im Vergleich zu der Membran.
Als Copolymer für die Hohlrohre und die Membranen können in den Membranen von Nafion perfluorierte Ionenaustausch hydrolysierte Copolymer von Tetrafluorethylen mit einem Vinylether perftorsulfosoderzhaschim (VSGE TFE) -Copolymer des Typs verwendet zu werden verwendet werden, mit einem Äquivalentgewicht von 900 bis 2600, die durch die folgende Strukturformel
. Wobei m = 64,9-95,5 mol%;
. N = 4,5-35,1 Mol%;
M = H, Na, K oder Li.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, daß das Copolymer für die Herstellung der Membran hatte ein Äquivalentgewicht von mehr Äquivalentgewicht der verwendeten Membran, die eine höhere mechanische Festigkeit der Hohlrohre und verhindert deren Verformung.
Das Copolymer kann ein drittes modifizierende Comonomer enthalten, beispielsweise Perfluor-2-Methylen-4-methyl-1,3-dioxolan Perfluorolefinen (von C 1 -C 3 alkyl).
Herstellung einer Brennstoffzelle mit einer Membran mit Hohlrohren umfasst die hohle Röhre Plazieren auf der glatten Oberfläche (und die optimale Anzahl von Rohren wird als Betriebsmodus der Brennstoffzelle, und die Abmessungen der Membran definiert ist) - ein Substrat, wie Glas, und die anschließende Anwendung der obigen Copolymerlösung in Isopropylalkohol, Ethylalkohol Dimethylformamid oder Copolymer mit einer Konzentration von 1-15 Gew.%, je nach der gewünschten Dicke der Membran, die Hohlglasröhren. Der Schritt , die Lösung , des Auftragens wird bei Temperaturen von 20-80 0> C in mehreren Stufen mit Zwischentrocknung durchgeführt , um die gewünschte Dicke der Membran zu erhalten. Dann wird die resultierende Membran mit Hohlröhren werden durch eine Wärmebehandlung getrocknet bei 80-100 0> C für 4-6 Stunden , um das organische Lösungsmittel zu entfernen. Dann wird die Membran mit 1 M Lösung von Schwefelsäure bei Raumtemperatur für 20-30 Minuten behandelt Sulfonatgruppen in der Protonenform umzuwandeln und wurde 3-4 mal mit deionisiertem Wasser gewaschen , um die Schwefelsäure zu entfernen. Dann auf der Membranoberfläche beschichtet Elektrokatalysator - Platin auf Kohle mit Platingehalt von 10-30 Gew%..
Beispiel 1
Hohlrohre aus TFE - Copolymer VSGE in Protonenform mit einem Äquivalentgewicht von 1150, einem Außendurchmesser von 60 mm, einer Wärmebehandlung bei 140 0> C für 20 Minuten, auf einem glatten Glassubstrat in einem Abstand von 0,9 bis 1,1 mm. Danach wird das Substrat gestapelte Rohre Schichten 5 Schichten mit Zwischentrocknung in der Luft bei 45 0> C, 8% TFE VSGE Copolymerlösung in Protonenform mit einem Äquivalentgewicht von 1100 mit Isopropylalkohol besprüht , um eine Membrandicke von 180 Mikrometer zu erhalten. Die resultierende hohle Röhre Membran wurde Wärme bei 100 0> C behandelt für 20 min. Die resultierenden Membranrohre näher an der Oberfläche auf dem Glas liegen (in der Zelle, wird diese Fläche näher an der Wasserstoffelektrode befindet - die Anode). Danach wird die Membran beidseitig mit Elektrokatalysatorteilchen (20% Platin auf Ruß) einer 1% igen Lösung von TFE - Copolymer VSGE in der protonischen Form eines Sprays aufgetragen. Die katalytische Schicht wird bei 80 0 getrocknet> C in Visible Luft (geometrischen) Oberfläche der Katalysatorschicht betrug 5 cm 2. Die sich ergebende Elektro Membran wurde mit 10% iger Schwefelsäure bei Raumtemperatur gewaschen und destilliertem Wasser bei 90 0> C. Die Membran wurde dann zwischen zwei porösen Kohlenstoff-Graphit - Material aus dem Kollektor (Tuch TMP-5 mit teilchenförmigem Subschicht) und in eine Zelle einer Brennstoffzelle, mit der Oberseite des Wasserbehälters angeordnet ist , die mit den offenen Enden der Rohre in Kontakt gebracht werden. Seite der Membran, die sich näher an dem Rohr angeordnet sind, ist mit einer Sauerstoffkammer der Brennstoffzelle in Kontakt gebracht. Druck auf dem Stromkollektor - Membran beträgt 40 kg / cm 2.
Der Wasserstoff wird als Brennstoff verwendet wird, der resultierende Wasserelektrolyse in einer Elektrolysezelle mit einem Festpolymerelektrolyten (ohne besondere Trocknung) und als Oxidationsmittel - in der gleichen elektrolytischen Zelle erhalten und getrocknet, über Kieselgel Sauerstoff. Die Temperatur der Brennstoffzelle 85 0> C, die Stromdichte - 1 A / cm 2.
Widerstand 1 cm 2 der Membran mit katalytischen Schicht (zwischen den Stromkollektoren) beträgt 0,12 Ohm, und bleibt für 700 Stunden unverändert.
Beispiel 2
Die gleiche wie 1, wobei jedoch die Hohlrohre aus Copolymer von TFE VSGE in Protonenform mit dem dritten modifizierenden Comonomers hergestellt - Perfluorolefine C 2 Alkyl mit einem Äquivalentgewicht von 1100 und ein ähnliches Copolymer verwendet , um die Membran herzustellen, aber mit einem Äquivalentgewicht von 1000 auf . Die Wärmebehandlung wird bei einer Hohlrohre 110 0> C , und die resultierende Membran durchgeführt - bei 85 0> C. Die Hohlrohre sind in einem Abstand von 0,8-1,0 mm angeordnet. Die Lösung wird bei 75 0> C in 6 - Copolymer - Schichten mit Zwischentrocknung aufgetragen Die beiden so erhaltenen Membranen wurden unter einem Druck von 50 kg / cm 2 bei einer Temperatur von 100 0> C gedrückt, und ist zwischen den Brennstoffzellenstromkollektoren installiert.
Widerstand 1 cm 2 der Membran mit katalytischen Schicht (zwischen den Stromkollektoren) beträgt 0,26 Ohm, und bleibt für 700 Stunden unverändert.
Beispiel 3 (Prototyp)
Gemäß Beispiel 1 wurde ein Prototyp zwei Membran 180 Mikrometer dick, aus einem Copolymer von TFE VSGE in Protonenform mit dem dritten modifizierenden Comonomers hergestellt - Perfluoralkylvinylether bis C 2 Alkyl mit einem Äquivalentgewicht von 1000 mit voneinander (wie in Beispiel 1 der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist ) zwischen Polyvinylalkoholfasern, bei 150 0> C bei einem Druck von 50 kg / cm 2 gepresst. Polyvinylalkoholfasern Durchmesser - 60 mm, der Abstand zwischen den Fasern - 0,8-1,0 mm. Das so erhaltene "Doppelmembran" Brennstoffzelle wird in die Zelle eingespannt und mit Wasser (90 0> C) bis zur vollständigen Entfernung des Polyvinylalkohols. Die Membran wurde dann mit 1 -Normal Schwefelsäure behandelt , in der Protonenform überführt werden. Der Elektrokatalysator wird wie in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben aufgetragen. Die sich ergebende Elektro Membran wurde mit 10% iger Schwefelsäure bei Raumtemperatur gewaschen und destilliertem Wasser bei 90 0> C. Die Membran wurde dann zwischen zwei porösen Kohlenstoff-Graphit - Material aus dem Kollektor (Tuch TMP-5 mit teilchenförmigem Subschicht) und in eine Zelle einer Brennstoffzelle, mit der Oberseite des Wasserbehälters angeordnet ist , die mit der Membran in den Hohlraum durch das Entfernen des Polyvinylalkohols gebildet in Kontakt gebracht werden. Druck auf dem Stromkollektor - Membran beträgt 40 kg / cm 2.
Der Wasserstoff wird als Brennstoff verwendet wird, der resultierende Wasserelektrolyse in einer Elektrolysezelle mit einem Festpolymerelektrolyten (ohne besondere Trocknung) und als Oxidationsmittel - in der gleichen elektrolytischen Zelle erhalten und getrocknet, über Kieselgel Sauerstoff. Die Temperatur der Brennstoffzelle 85 0> C, die Stromdichte - 1 A / cm 2.
Widerstand 1 cm 2 der Membran mit katalytischen Schicht (zwischen Kollektorstrom) steigt langsam und beträgt 0,32 Ohm nach 700 Stunden.
Somit ermöglicht das beanspruchte Brennelement zum Vergleich mit dem Prototyp den Effekt der Verringerung ohmschen Verluste in der Membran bilden stabil, was seinerseits eine höhere Brennstoffzellenwirkungsgrad (höheren Anstieg der Spannung an einer Zelle) in einem weiten Bereich von Betriebsstromdichten bereitzustellen, und die Möglichkeit bieten, zu reduzieren, Anforderungen an Wassergehalt in dem Oxidationsmittel und Brennstoff.
FORDERUNGEN
Eine Brennstoffzelle mit einem festen Polymerelektrolyten, umfassend eine Anode, eine Kathode und eine Membran aus festem Polymerelektrolyt mit Hohlkanälen, wobei die Kanäle in der Form von hohlen Röhren sind aus einem Material mit dem gleichen Ionenleitfähigkeit als die Leitfähigkeit der Membran-Material, und die mechanische Festigkeit grßer als die mechanische Festigkeit des Membranmaterials.
Eine Brennstoffzelle mit einem Festpolymerelektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Hohlrohrs geringer ist als die Dicke der Membran.
Eine Brennstoffzelle mit einem Festpolymerelektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Rohr in die Membran an die Anode angeordneten näher als zu der Kathode der Brennstoffzelle.
Eine Brennstoffzelle mit einem Festpolymerelektrolyt nach Anspruch 1, wobei das hohle Rohr in den Wasserbehälter an der Oberseite und / oder Unterseite der Brennstoffzelle befindet verbunden.
Eine Brennstoffzelle mit einem Festpolymerelektrolyt nach Anspruch 1, hergestellt, dass die Hohlrohre aus, beispielsweise Ionenaustausch-Copolymer.
Membranherstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle mit einem festen Polymerelektrolyten, umfassend einen Hohlkanal in der Membran des festen Polymerelektrolyten bildet, wobei die Membran durch Anlegen einer protonischen Form einer Lösung von Ionenaustausch-Copolymer auf das Substrat, auf dem die Hohlrohre einer vorläufigen Wärmebehandlung unterworfen angeordnet ausgebildet ist und eingehalten Copolymer aus Ionenaustausch und aus dem die Membran hergestellt ist, aber mit einem höheren Äquivalentgewicht.
Verfahren zur Herstellung einer Membran für eine Brennstoffzelle mit einem Festpolymerelektrolyt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenaustauschpolymerlösung in mehreren Schichten mit einer Zwischentrocknung bei 20 0> C angewendet wird
Verfahren zur Herstellung einer Membran für eine Brennstoffzelle mit einem Festpolymerelektrolyt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran Wärme bei einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur der Wärmebehandlung der Hohlrohre behandelt wird.
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Erscheinungsdatum 05.11.2006gg
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