직접 메탄올 연료전지의 수동 수처리 기술 document_id 1020057019567

[청구항 1] (a) 애노드 면 및 캐소드 면을 가지는, 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질 (b) 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질의 상기 애노드 면에 접촉하여 위치하는 애노드 촉매 (c) 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질의 상기 캐소드 면에 접촉하여 위치하는, 산소 전자-환원 반응에 적합한 캐소드 촉매 (d) 상기 반응에서 양성자 전도성 막을 가로질러 생성되는 물의 효과적인 제한 및 재지향이 완전한 애노드 산화를 위해 물의 외부 공급 또는 외부 재지향 없이 이루어지도록, 상기 캐소드 촉매에 밀접하게 있는 소수성 미공성 층 및 캐소드 배킹 층; 및 (e) 막 전해질 상의 애노드 촉매와 접촉하는 애노드 확산 층 을 포함하는 조합형 직접 산화 연료전지용 막 전극 접합체 [청구항 2] 제1항에 있어서,미공성 층의 물 반발 특성에서, 막을 통해 캐소드 면에서 애노드 면으로 후퇴하는 더 높은물흐름유속달성하기위해,상기 양성자 전도성 막이 적어도 50 마이크로미터 정도로 얇은 이오노머 막인 막 전극 접합체. [청구항 3] 제2항에 있어서,물 반발 특성이 투과증발 막을 통하거나, 상기 애노드 면으로 100% 메탄올을 조절 투여하는 다른 수단에 의해, 100%메탄올을애노드공급하는데충분한막 전극 접합체. [청구항 4] 제1항에 있어서,양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질이 폴리퍼플루오로술폰산포함하는막 전극 접합체. [청구항 5] 제1항에 있어서,양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질이 나피온 (nafion)(등록상표포함하는막 전극 접합체. [청구항 6] 제1항에 있어서,양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질이 0.007 인치 미만의 두께를 가지는 나피온(등록상표포함하는막 전극 접합체. [청구항 7] 제1항에 있어서,양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질이 0.002 내지 0.007 인치 사이의 두께의 나피온(등록상표포함하는막 전극 접합체. [청구항 8] 제1항에 있어서,애노드 촉매가 지지된 또는 비지지된 백금 및 루테늄 합금포함하는막 전극 접합체. [청구항 9] 제1항에 있어서,캐소드 촉매가 지지된 또는 비지지된 백금포함하는막 전극 접합체. [청구항 10] 제1항에 있어서,캐소드 배킹이 실질적으로 하나 이상의 탄소 종이 또는 탄소 천을 포함하는 캐소드 확산층인막 전극 접합체. [청구항 11] 제10항에 있어서,상기 소수성 미공성 층이 실질적으로 ptfe와 상호 혼합된 고표면적의 탄소 입자포함하는막 전극 접합체. [청구항 12] 제11항에 있어서,상기 미공성 층이 약 1.0 μm 내지 0.1 μm의 직경의 미소공극포함하는막 전극 접합체. [청구항 13] 제11항에 있어서,상기 캐소드 배킹 층의 미소공극이, 약 5 μg/(s cm2 atm)의 정수압에 의해 양성자 전도성 막을 가로질러 이동되는물의투수도달성하도록선택되는막 전극 접합체. [청구항 14] 제10항에 있어서,상기 캐소드 배킹 층이, 조합된 연료전지 반응의 물 생산 속도보다 작은 막 전극 접합체로부터의 수증기 제거 속도를 달성하기 위한 두께 및 기공율가지는막 전극 접합체. [청구항 15] 제10항에 있어서,부가 층이 상기 미공성 층의 반대쪽의 캐소드 배킹 층 면도포되는막 전극 접합체. [청구항 16] 제10항에 있어서,상기 미공성 층이 50 중량% 이상포함하는막 전극 접합체. [청구항 17] 제10항에 있어서,상기 미공성 층이 60 중량% 이상포함하는막 전극 접합체. [청구항 18] 제1항에 있어서,물 반발 특성을 향상시키기 위해 캐소드 미공성 층에 50 내지 60%의 비율로 강화더 포함하는막 전극 접합체. [청구항 19] 제1항에 있어서,증기 압착 기술 등의 적층 기술에 의해 상기 캐소드 촉매 위로 적층된 상기 미공성 층더 포함하는막 전극 접합체. [청구항 20] 제1항에 있어서,애노드 확산층이 하나 이상의 탄소 종이 또는 탄소 천포함하는막 전극 접합체. [청구항 21] 제1항에 있어서,애노드 확산층이 고도친수성인막 전극 접합체. [청구항 22] 제1항에 있어서,막 전해질과 접촉하는 애노드 확산층 면이 애노드에서 발생하는 기체의 제거를 촉진하는 기능더 포함하는막 전극 접합체. [청구항 23] 제1항에 있어서,막 전해질과 접촉하는 애노드 확산층 면이, 애노드에서 발생한 기체를 막 전극 접합체의 애노드 면으로부터 멀리 측면 수송하는 것을 촉진시키는 수단더 포함하는막 전극 접합체. [청구항 24] 제1항에 있어서,연료가 연료 투과성 물질을 통해 애노드전달되는막 전극 접합체. [청구항 25] 제24항에 있어서,연료 투과성, 기체 불투과성 물질중합체인막 전극 접합체. [청구항 26] 제24항에 있어서,연료 투과성 물질이 적어도 부분적으로 실리콘포함하는막 전극 접합체. [청구항 27] 제24항에 있어서,연료 투과성 물질이 적어도 부분적으로 나피온(등록상표포함하는막 전극 접합체. [청구항 30] (a) 각 막의 주 표면을 따라 촉매 층과 밀접하게 접합하여 촉매화 막 전해질이 되는, 애노드 면과 캐소드 면을 갖는 막 전해질 (b) 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질의 애노드 면에 접촉하여 위치하는 애노드 촉매 (c) 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질의 캐소드 면에 접촉하여 위치하는, 산소 전자 환원반응에 적합한 캐소드 촉매 (d) 상기 반응에서 생성되는 물을 상기 애노드 면을 향한 양성자 전도성 막 전해질을 가로질러 이동시키는 소수성 캐소드 배킹 층(상기 캐소드 배킹 층은 일반적으로 막 전해질의 캐소드 촉매 부근에 위치한다) (e) 막 전해질 상의 애노드 촉매에 접촉하는 애노드 확산 층; 및 (f) 상기 연료전지를 가로질러 연결된 로드 를 포함하는 직접 산화 연료전지 [청구항 31] 제30항에 있어서,친수성 애노드 확산 층을더 포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 32] 제30항에 있어서,상기 막 전해질이 고유 양성자 전도성 막포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 33] (a) i. 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질; ii. 양성자 전도성 막 전해질의 애노드 면에 접촉하여 위치하는 애노드 촉매 iii. 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질의 캐소드 면에 접촉하여 위치하는 산소 전자 환원반응에 적합한 캐소드 촉매 iv. 상기 반응에서 생성되는 물을 상기 애노드 면을 향한 양성자 전도성, 전자 비전도성 막 전해질을 가로질러 이동시키는 소수성 캐소드 배킹 층(상기 캐소드 배킹 층은 일반적으로 막 전해질의 캐소드 촉매 부근에 위치한다); 및 v. 양성자 전도성 막 전해질에 접촉하는 애노드 확산 층 을 포함하는 막 전극 접합체 (b) 하우징; (c) 전기 접속이 이루어질 수 있는 수단 (d) 연료가 연료전지로 도입될 수 있는 수단 (e) 연료원; 및 (f) 산소원 을 포함하는 직접 산화 연료전지 시스템 [청구항 34] 제33항에 있어서,캐소드 확산 층 및 산소원 사이에 위치하는 필터더 포함하는직접 산화 연료전지 시스템. [청구항 35] 제33항에 있어서,산소원이대기인직접 산화 연료전지 시스템. [청구항 37] (a) 고유 양성자 전도성 막; (b) 고유 양성자 전도성 막의 애노드 면에 접촉하여 위치하는 애노드 촉매 (c) 고유 양성자 전도성 막의 캐소면에 접촉하여 위치하는, 산소 전자 환원반응에 적합한 캐소드 촉매 (d) 상기 반응에서 생성되는 물을 상기 애노드 면을 향한 고유 양성자 전도성 막을 가로질러 이동시키는 소수성 캐소드 배킹 층(상기 캐소드 배킹 층은 일반적으로 캐소드 촉매 부근에 위치한다); 및 (e) 고유 양성자 전도성 막에 접촉하는 애노드 확산 층 을 포함하는, 직접 산화 연료전지용 막 전극 접합체 [청구항 38] (a) 각 막의 주 표면을 따라 촉매 층과 밀접하게 접합하여 촉매화 막 전해질이 되는, 애노드 면과 캐소드 면을 갖는 막 전해질 (b) 상기 촉매화 막 전해질의 애노드 면과 상기 전지 하우징의 외부 부분 사이로 한정되는 애노드 챔버를 수반하며 상기 연료전지를 둘러싸는 연료전지 하우징 (c) 0 또는 실질적으로 낮은 수분 함량을 가진, 순수(100%) 또는 고농축 연료/물 혼합물로 채워지거나 직접 공급되며, 액체 배출구를 가지지 않은 상기 애노드 챔버 (d) 캐소드로부터의 물의 수집 및(또는) 캐소드로부터 연료전지의 능동 부피 바깥쪽의 애노드로의 물의 수송 없이도 상기 연료전지의 수처리가 달성되는, 상기 연료전지 내의 캐소드로부터 애노드로의 효과적인 물 공급원 을 포함하는, 직접 산화 연료전지 [청구항 39] 제38항에 있어서,연료가 실질적으로 수분 함량이 0인 순수메탄올인,직접 산화 연료전지. [청구항 40] 제38항에 있어서,상기 애노드 챔버에 위치하는 수동 물질 수송 배리어를 더 포함하며, 상기 수동 물질 수송 배리어가 상기 연료전지의 상기 촉매화 애노드 면으로의 연료 전달 속도조절하는,직접 산화 연료전지. [청구항 41] 제38항에 있어서,상기 물질 수송 배리어가 일반적으로 애노드 면에 평행인 면위치하는,직접 산화 연료전지. [청구항 42] 제40항에 있어서,상기 수동 물질 수송 배리어에 의한 상기 연료 전달 속도가 전지 전류 설정을 고려하여 계산된 정해진속도인,직접 산화 연료전지. [청구항 43] 제42항에 있어서,연료 전달이 약 30 내지 40℃의 전지 작동 온도에서 약 100 내지 200 ma/cm2;약 40 내지 60℃의 전지 작동 온도에서 약 150 내지 300 ma/cm2의 정도; 및약 60 내지 80℃의 전지 작동 온도에서 약 200 내지 400 ma/cm2중 하나의 정도의 제한 전류 밀도를 얻기 위해 조절되도록 상기 정해진 속도계산되는,직접 산화 연료전지. [청구항 44] 제42항에 있어서,상기 수동 물질 수송 배리어에 의한 상기 연료 전달 속도가 작동 설정점에서의 설정 전지 전류에 약 1.0 내지 1.5의 계수를 곱하여 측정되는 바와 같이, 연료전지에 의한 연료 소비 속도상응하는직접 산화 연료전지. [청구항 45] 제40항에 있어서,상기 수동 물질 수송 배리어가, 연료 전달막을 통과하여 수송되는 액체 연료가 증기 연료로 전환되도록 상 변화초래하는투과증발 연료 전달막인, 직접 산화 연료전지. [청구항 46] 제45항에 있어서,상기 연료 전달막이, 작동 설정점에서의 설정 전지 전류에 약 1.0 내지 1.5의 계수를 곱하여 측정되는 바와 같이, 증기 전달 속도이루는직접 산화 연료전지. [청구항 47] 제45항에 있어서,증기 챔버가 상기 연료 전달막과 상기 막 전해질의 애노드 면 사이의 간격으로 한정되며, 상기 증기 챔버가 액체가 없는 이들 부피의 큰 분율유지하는,직접 산화 연료전지. [청구항 48] 제40항에 있어서,상기 수동 물질 수송 배리어가 액체 연료를 촉매화 막 전해질의 애노드 면으로 정해진 속도로 전달 및 이동시키는 천공을 가지는 미공성구조인,직접 산화 연료전지. [청구항 49] 제48항에 있어서,상기 미공성 구조가 일반적으로 애노드 면에 평행인 면위치하는,직접 산화 연료전지. [청구항 50] 제40항에 있어서,상기 수동 물질 수송 배리어가 연료의 모세관력으로 조절되는 흐름을 정해진 속도로 제공하는 공극 망상조직가지는고체 다공성 플러그인, 직접 산화 연료전지. [청구항 51] 제38항에 있어서,상기 연료는 최대메탄올인직접 산화 연료전지. [청구항 52] 제51항에 있어서,상기 수동 물질 수송 배리어가 연료전지 내의 애노드에서의 메탄올 소비 속도보다 약 10 내지 50% 높은 수준의 메탄올 유동한정하는,직접 산화 연료전지. [청구항 53] 제38항에 있어서,상기 애노드 챔버에 한정되는 하나 이상의 기체 배출구를 더 포함하여, 기체 애노드 생성물이 직접 대기 환경으로 방출되도록 하며, 상기 기체 배출구가상기촉매화막의애노드면밀접하게위치하는,직접 산화 연료전지. [청구항 54] 제53항에 있어서,상기 기체 배출구가 이산화탄소 라우터 (router) 장치의배출구인직접 산화 연료전지. [청구항 55] 제53항에 있어서,상기 기체 배출구가, 애노드의 기체 생성물을 막 전해질 및, 차례로, 캐소드 챔버를 통해 상기 연료전지 밖이동시키는,상기 막 전해질 내의 하나 이상의 세공인 직접 산화 연료전지. [청구항 56] 제38항에 있어서,막 전해질의 캐소드 면에서의 반응에서 발생하는 물이, 설계된 대로 전지 내에서 가능한 최고의 전지 전류에서 연료의 실질적으로 완전한 애노드 산화가 일어나는 데 필요한 양의 물을 제공하기에 충분한 속도로상기연료전지의캐소드애노드로되돌려공급되어지는,직접 산화 연료전지. [청구항 57] 제56항에 있어서,연료전지의 캐소드 측으로부터 연료전지의 애노드 측으로 물을 되돌려 공급하는 공급 속도를 증가시키도록, 캐소드 챔버에 위치하는 습윤방지 캐소드 배킹, 및 일반적으로 캐소드 배킹과 촉매화 막 전해질의 캐소드 면 사이에 위치하는 소수성 미공성 층더 포함하는,직접 산화 연료전지. [청구항 58] 제57항에 있어서,상기 미공성 층이 팽창 ptfe를 실질적포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 59] 제57항에 있어서,상기 미공성 층이 조절된 습도 조건 하에서 고온-압착에 의해캐소드면견고하게결합되는,직접 산화 연료전지. [청구항 60] 제57항에 있어서,상기 미공성 층이 50 psi 이상의 전지 두께 디멘션을 가로지르는 압축에 의해 상기 막 전해질의 캐소드 면에 고정되어, 실질적으로 지속적인 부착확립하는,직접 산화 연료전지. [청구항 61] 제58항에 있어서,팽창ptfe를 실질적으로 포함하는 상기 미공성 층이 또한 내장된 탄소 미소입자포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 62] 제57항에 있어서,상기 소수성 미공성 층이 습윤방지 캐소드 배킹 위로직접 침착되는직접 산화 연료전지. [청구항 63] 제38항에 있어서,상기 촉매화 막 전해질이, 캐소드 측으로부터 애노드 측으로의 물의 내부 공급 속도증가되기에 충분히 얇은, 직접 산화 연료전지. [청구항 64] 제63항에 있어서,상기 막 전해질이 실질적으로 나피온포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 65] 제63항에 있어서,상기 막 전해질이 실질적으로 25 마이크로미터 또는 그 미만의 두께를 갖는 복합 박막포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 66] 제38항에 있어서,캐소드 챔버로부터의 주로 증기 형태의 물 손실을 조절하기 위해, 대기 환경과 접하는 상기 캐소드 챔버의 외부 부분 내의 캐소드 배킹 층 부근에 일반적으로 위치하는 하나 이상의 층 성분더 포함하는,직접 산화 연료전지. [청구항 67] 제66항에 있어서,하나 이상의 상기 층 성분이 실질적다공성인직접 산화 연료전지. [청구항 68] 제66항에 있어서,하나 이상의 상기 층 성분이 실질적으로 소수성이거나 또는 친수성/소수성 특징겸비한직접 산화 연료전지. [청구항 69] 제38항에 있어서,상기 애노드 챔버에 일반적으로 위치하여, 막의 애노드 면을 통한 상기 촉매화 막 전해질로부터의 물 손실을 조절하는 하나 이상의 층 성분더 포함하는,직접 산화 연료전지. [청구항 70] 제69항에 있어서,상기 애노드 챔버의 상기 성분이 실질적으로 팽창 ptfe를 포함하는 미공성층인직접 산화 연료전지. [청구항 71] 제70항에 있어서,실질적으로 팽창 ptfe를 포함하는 상기 미공성 층이 또한 내장된 탄소 미소입자포함하는직접 산화 연료전지. [청구항 72] 제38항에 있어서,하나 이상의 연료 주입기를 포함하는 애노드 챔버 내의 증기 간격으로 인도되는 추가의 연료 전달 기구더 포함하는,직접 산화 연료전지. [청구항 73] 제38항에 있어서,촉매연소 또는 전기적 가열을 이용하여 상기 연료 저장조 내의 액체 연료를 가열하는 수단더 포함하는,직접 산화 연료전지. [청구항 74] 제40항에 있어서,상기 물질 수송 배리어를 통한 연료 전달이 조정 가능한 개구 수단의 조정에 의해 조절 및 완전 차단될 수 있도록, 상기 수동 물질 수송 배리어와 조합된 조정 가능한 개구 수단더 포함하는직접 산화 연료전지.