연료전지

[청구항 1] 이온선택성 고분자 전해질 막에 의해 분리되는 양극과 음극 전지의 양극 영역으로 연료를 공급하는 수단 전지의 음극 영역으로 산화제를 공급하는 수단 양극과 음극 사이에 전기회로를 제공하는 수단 음극과 유체소통하며 흘러들어가는 적어도 하나의 비휘발성 음극액 성분 및 연료전지 작동시 음극에서 적어도 부분적으로 환원되는 산화환원 매개체를 포함하고, 음극에서의 상기 환원 이후에 산화제와 선택적으로 간접적인 반응에 의해 적어도 부분적으로 재생되는 음극액을 포함하고 상기 음극액은 상기 산화환원 매개체 및/또는 상기 매개체의 재생을 촉매작용 하는 산화환원 촉매로서 복합 다좌 n-도너 리간드(donor ligand) 복합체 및 피롤, 이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 파이라졸, 피리다진, 피리미딘, 파이라진, 인돌, 테트라졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린 및 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 알케나릴, 아랄킬 및 아랄케닐기가 하나 또는 그 이상이 치환된 상기 헤테로싸이클릭 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 헤테로싸이클릭 치환체를 포함하는 다좌 n-도너 리간드를 포함하는 산화환원 연료전지 [청구항 2] 제1항에 있어서,다좌n-도너 리간드는 전이 금속 중앙으로의 배위결합가 가능한 질소 원자 8개까지 포함하는비고분자분자인것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 3] 제2항에 있어서,상기 리간드는 각각 또는 특정의 질소 원자를 통해배위결합결합하는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 4] 제2항 또는 제3항에 있어서,다좌n-도너 리간드는 전이 금속 중앙으로의 배위결합가 가능한질소 원자3내지6개포함하는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 5] 제4항에 있어서,상기n-도너 리간드는 전이 금속 중앙으로의 배위결합가 가능한질소 원자4내지6개포함하는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 6] 제5항에 있어서,상기n-도너 리간드는 전이 금속 중앙으로의 배위결합가 가능한질소 원자5개또는6개포함하는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 7] 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 헤테로싸이클릭 치환체는 고리의 특정 위치 또는 수 개의 위치에 하나 이상의 치환된작용기포함하는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 8] 제7항에 있어서,상기 치환기는 고리구조에서 같거나 또는 다른 자리에서 알킬, 아릴, 알케닐, 알키닐, 아민, 양성자화된 아민, 4차 아민, 설페이트, 설포네이트, 설폰산, 포스페이트, 포스폰산, 카복실레이트, 카복시산, 할라이드 및 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함하는군선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 9] 제8항에 있어서,상기 또는 각각의 치환기는 하나 또는 그 이상의 스페이서 원소에 의해상기헤테로싸이클릭치환체이격되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 10] 제9항에 있어서,상기 스페이서 원소는 직쇄 또는 측쇄 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 아랄킬, 아랄케닐 및 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함하는군선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 11] 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,상기n-도너 리간드는 하기 구조식과 같은 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 산화환원 연료전지:003c#구조식003e#(상기 x, y, z에는 선택적으로 피롤, 이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 파이라졸, 피리다진, 피리미딘, 파이라진, 이돌, 테트라졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린을 포함하는 군으로부터 선택되는 것 및 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 알케나릴, 아랄킬, 아랄케닐 치환기 중 하나 또는 그 이상이 상기 싸이클릭 군에 치환된 것으로부터 적어도 하나가 선택된 질소함유 헤테로 사이클들이 치환되며; a, b, c는 직쇄 또는 측쇄 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 아랄킬 또는 아랄케닐로부터 독립적으로 선택되는 스페이서 원소이고;또한 a, b, c는 독립적으로 0 내지 5의 어떠한 정수될 수있다). [청구항 12] 제11항에 있어서,상기a, b, c는 독립적으로 1 내지 3의 특정한정수인것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 13] 제11항 내지 제12항에 있어서,고리구조의 특정한 자리(들)에 하나 또는 그 이상의 치환된 작용기가독립적치환되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 14] 제13항에 있어서,상기 또는 각각의 치환기 군은 알킬, 아릴, 알케닐, 알키닐, 아민, 양성자화된 아민, 4차아민, 설페이트, 설포네이트, 설폰산, 포스페이트, 포스폰 산, 카복실레이트, 카복시산 및/또는 할라이드를 포함하는 군으로부터독립적선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 15] 제11항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,상기n-도너 리간드는 하기구조식들중선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지:. [청구항 16] 제1항내지 제10항 중어느 한 항에 있어서 상기 n-도너 리간드는 하기 구조식과 같은 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 산화환원 연료전지:003c#구조식003e#(상기 식에서 r1 내지 r5는 독립적으로 어떠한 그룹 또는 원소이며, 2 내지 5, 3 내지 5 또는 4개인 r1 내지 r5는 n-도너 원소를 함유하는 유기물 군을 포함하고,피롤, 이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 파이라졸, 피리다진, 피리미딘, 파이라진, 인돌, 테트라졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린 및 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 알케나릴, 아랄킬, 아랄케닐 치환기가 하나 또는 그 이상이 상기 싸이클릭 그룹에 치환된 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 하나 또는 그 이상의 치환된 헤테로 싸이클릭포함되는1 내지 5, 3 내지 5 또는 4개의 n 도너 원소를 포함한다). [청구항 17] 제16항에 있어서,하나또는 그 이상의 상기 r1 내지 r5는 고리구조의 특정한 자리(들)에 하나 또는 그 이상의 치환된작용기치환되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 18] 제17항에 있어서,상기 또는 각각의 치환기는 독립적으로 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아릴, 알케닐, 알키닐, 아민, 양성자화된 아민, 4차 아민, 설페이트, 설포네이트, 설폰산, 포스페이트, 포스폰 산, 카복실레이트, 카복실산 및/또는 할라이드 및 둘 또는 그 이상인 이들의 조합물을 포함하는군선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 19] 제17항 내지 제18항에 있어서,상기 또는 각각의 치환기 군은 적합한 수의 스페이서 원소에 의해 헤테로싸이클로부터간격지는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 20] 제19항에 있어서,상기 또는 각각의 스페이서 원소는 선택적으로 직쇄 또는 측쇄 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 아랄킬, 아랄케닐 또는 이들이 둘 또는 그 이상의 조합물을 포함하는 군으로부터독립적선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 21] 제16항 내지 제19항 중어느 한 항에 있어서 상기 n-도너 리간드는 하기구조식선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지:003c#구조식003e#. [청구항 22] 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,상기n-도너 리간드는 하기 구조식과 같은 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 산화환원 연료전지:003c#구조식003e#(상기 구조식에서 n은 1 내지 10, 1 내지 5, 1 내지 3 또는 2인 어떠한 정수이고;1 내지 4 또는 2 내지 4인 r1 내지 r4는 n-도너 원소를 함유하는 유기물 군을 포함하고,피롤, 이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 파이라졸, 피리다진, 피리미딘, 파이라진, 인돌, 테트라졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린 및 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 알케나릴, 아랄킬, 아랄케닐 치환기가 하나 또는 그 이상 상기 싸이클릭 그룹에 치환된 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 하나 또는 그 이상의 치환된 헤테로 싸이클릭에 포함되는 1 내지 5, 3 내지 5 또는 4개의 n 도너 원소포함하며;r1 내지 r4는 같거나 또는 다를 수 있다). [청구항 23] 제22항에 있어서,상기 헤테로싸이클은 고리구조의 특정한 자리(들)에 특정한 수의 치환된작용기포함하는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 24] 제23항에 있어서,상기 또는 각각의 치환기는 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아릴, 알케닐, 알키닐, 아민, 양성자화된 아민, 4차아민, 설페이트, 설포네이트, 설폰산, 포스페이트, 포스폰 산, 카복실레이트, 카복시산, 할라이드 및 이들의 하나 또는 그 이상의 조합을 포함하는 군으로부터독립적선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 25] 제24항에 있어서,상기 또는 각각의 치환기는 어떠한 수의 적합한 스페이서 원소에 의해헤테로싸이클이격되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 26] 제25항에 있어서,상기 또는 각각의 스페이서 원소는 선택적으로 치환된 직쇄 또는 측쇄 알킬, 알케닐, 아릴, 싸이클로알킬, 알카릴, 아랄킬 또는 아랄케닐로부터독립적선택되는것을특징으로 하는산화환원 연료전지. [청구항 27] 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,상기n-도너 리간드는 하기 구조식과 같은구조가지는것을특징으로 하는산화환원 연료전지:. [청구항 28] 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,상기 음극액은 상기 산화환원 매개체 및 상기 산화환원 촉매로서 복합 다좌 n-도너리간드포함하는것을특징으로 하는연료전지. [청구항 29] 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,상기 음극액은 산화환원 촉매로서 산화환원 매개체 및 복합 다좌 n-도너리간드포함하는것을특징으로 하는연료전지. [청구항 30] 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,상기 음극액은 산화환원 매개체로서 복합 다좌 n-도너 리간드와 산화환원 촉매로서추가적물질포함하는것을특징으로 하는연료전지. [청구항 31] 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,구동 중 상기 산화제는 산화환원 촉매에 의해음극액내환원되는것을특징으로 하는연료전지. [청구항 32] 제31항에 있어서,상기 최종적으로 산화된 산화환원 촉매는 음극에서 이들의 환원 이후 매개체 재생을 위하여 매개체를 산화함에 있어서 적어도 부분적으로효과적인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 33] 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,상기 음극액은수용액인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 34] 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,상기 복합 다좌n-도너 리간드는 다좌 n-도너리간드의전이금속 복합체포함하는것을특징으로 하는연료전지. [청구항 35] 제34항에 있어서,다좌n-도너 리간드는 전이금속과 배위결합하지 않는 하나 또는 그 이상의 n-도너원소포함하는것을특징으로 하는연료전지. [청구항 36] 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이온 선택성 고분자 전해질막은 다른 양이온들과 비교하여 더 나은 양성자 선택성을 갖는양이온선택성막인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 37] 제36항에 있어서,상기 음극액은산성인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 38] 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이온 선택성 고분자 전해질막은 음이온선택성막인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 39] 제38항에 있어서,상기 음극액은 알칼리성인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 40] 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이온 선택성 고분자 전해질막은중막인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 41] 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,상기 산화환원 매개체는페로센종인것을특징으로 하는연료전지. [청구항 42] 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,상기 음극액은 산화환원 매개체, 산화환원 촉매 및 상기 산화환원 매개체 및/또는 산화환원 촉매로서 음극액으로 공급되는 다좌 n-도너 리간드 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 사용위한음극액.