ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01M8/04 

Изобретение относится к области спиртово-воздушных топливных элементов (ТЭ), предназначенных для использования в портативном радиоэлектронном оборудовании, таком как сотовые телефоны, ноутбуки и т.п.

Предшествующий уровень техники

Известен ТЭ, содержащий корпус с размещенными в нем топливным электродом, воздушным угольным платинированным электродом, топливно-электролитной смесью, состоящей из 6н. раствора серной кислоты и метанола (Заявка Японии №43-20727, кл.57 АО, 1968).

Недостатком указанного ТЭ является наличие коррозионно-активного кислотного электролита, что удорожает конструкцию ТЭ из-за ограниченного выбора конструкционных материалов и использования катализаторов из благородных металлов.

Из известных ТЭ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ТЭ, содержащий корпус с размещенными в нем жидкостным каталитически активным анодом, воздушным каталитически активным гидрофобным газодиффузионным катодом, жидкой спиртово-щелочной смесью, заполняющей внутреннюю полость корпуса и разделяющей анод и катод, при этом гидрофобная поверхность катода обращена к воздуху (Патент РФ №2044371 С1, кл. Н 01 М 8/08, 1995).

Недостатком этого известного ТЭ является нестабильность электрических характеристик из-за прямого контакта катода с топливом и продуктами реакции, который может вызвать отравление катализатора катода, и использование на аноде дорогостоящего катализатора из благородных металлов.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание ТЭ для использования в портативном радиоэлектронном оборудовании, обладающего высокими стабильными характеристиками и низкой стоимостью.

Указанный технический результат достигается тем, что в ТЭ, содержащем корпус с размещенными в нем жидкостным каталитически активным анодом, воздушным каталитически активным гидрофобным газодиффузионным катодом, жидкой спиртово-щелочной смесью, заполняющей внутреннюю полость корпуса и разделяющей анод и катод, при этом гидрофобная поверхность катода обращена к воздуху, согласно изобретению поверхность катода, обращенная к спиртово-щелочной смеси, покрыта слоем полимера, обладающего проводимостью по ионам ОН^-, а в качестве катодного катализатора используется неплатиновый катализатор, толерантный по отношению к спирту.

Наличие на катоде слоя полимера с проводимостью по ионам ОН^- предотвращает миграцию топлива к катоду и возможность его отравления. Использование неплатинового катализатора, толерантного к спирту, стабилизирует электрические характеристики и снижает стоимость ТЭ.

Целесообразно, чтобы в качестве спиртово-щелочной смеси в ТЭ была взята смесь 4М КОН+4М спирт. При использовании указанной смеси достигаются максимальные электрические характеристики.

Целесообразно, чтобы в качестве спирта в спиртово-щелочной смеси был использован метанол, этанол, пропанол, бутанол, этиленгликоль или глицерин. Указанные спирты при окислении в ТЭ обеспечивают высокие электрические характеристики.

Целесообразно, чтобы в качестве полимера, покрывающего поверхность катода, обращенную к спиртово-щелочной смеси, был использован полибензимидазол, допированный ионами ОН^-. Указанный полимер обладает требуемыми значениями проводимости и диффузионным сопротивлением по отношению к переносу спирта.

Целесообразно, чтобы в качестве анодного катализатора был использован неплатиновый катализатор на основе металлов Fe, Ni, Co, Ru. Указанные катализаторы отличаются повышенной селективностью и не отравляются СО и другими полупродуктами окисления спиртов.

Целесообразно, чтобы в качестве анодного катализатора был использован Ni/Ru катализатор на высокодисперсном углеродном носителе, Ni/Ru присутствовал в анодном катализаторе в виде наночастиц. Указанный катализатор обладает максимальной электрокаталитической активностью.

Целесообразно, чтобы в качестве анодного катализатора был использован Ni/Ru катализатор, полученный термохимическим синтезом на саже, методом электроосаждения, химическим методом или механическим смешением. Указанные катализаторы обладают достаточной электрокаталитической активностью в реакции окисления спиртов.

Целесообразно, чтобы в качестве катодного катализатора было использовано серебро на углеродном носителе, или пирополимеры N₄-комплексов на углеродном носителе, при этом катализатор может быть смешан с полибензимидазолом. Указанные катализаторы толерантны по отношению к спирту и обладают достаточной активностью по отношению к реакции восстановления кислорода.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, не известна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом и примером практической реализации ТЭ.

Перечень фигур чертежей

На чертеже представлен ТЭ в разрезе.

Заявленный ТЭ содержит анодную камеру 1 с жидкостным анодом 2, воздушный катод 3 с гидрофобным слоем 5 и слоем полимера 6, топливно-щелочную смесь 4 и токовыводы 7.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Пример реализации. Согласно изобретению, изготовлен макетный образец ТЭ, использующего на аноде Ni/Ru катализатор, синтезированный термохимически на саже с удельной поверхностью 60 м²/г, при содержании Ru в катализаторе 75%. На катоде в качестве катализатора использовалась сажа АД 100, промотированная 15 мас.% серебра. На катод со стороны электролита методом напыления нанесен слой полимера из полибензимидазола толщиной 60 мкм, допированный в 6 М КОН. ТЭ с указанными анодом и катодом при использовании в качестве топлива смеси 4М КОН+4М спирта и рабочей температуре 60°С развивает плотность тока 80 мА/см² при напряжении 0,5 В. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный ТЭ может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию “промышленная применимость”.

Изобретение относится к области спиртово-воздушных топливных элементов (ТЭ), предназначенных для использования в портативном радиоэлектронном оборудовании, таком как сотовые телефоны, ноутбуки и т.п. Согласно изобретению, ТЭ содержит корпус с размещенными в нем жидкостным каталитически активным анодом, воздушным каталитически активным гидрофобным газодиффузионным катодом, жидкой спиртово-щелочной смесью, заполняющей внутреннюю полость корпуса и разделяющей анод и катод, при этом гидрофобная поверхность катода обращена к воздуху. Поверхность катода, обращенная к спиртово-щелочной смеси, покрыта слоем полимера, например полибензимидазола, обладающего проводимостью по ионам ОН^-. В качестве катодного катализатора используется неплатиновый катализатор, на основе металлов Fe, Ni, Со, Ru, толерантный по отношению к спирту. В качестве спиртово-щелочной смеси взята смесь 4М КОН+4М спирт, а в качестве спирта в спиртово-щелочной смеси используется метанол, этанол, пропанол, бутанол, этиленгликоль или глицерин. В качестве анодного катализатора может использоваться Ni/Ru катализатор на высокодисперсном углеродном носителе, при этом Ni/Ru присутствует в анодном катализаторе в виде наночастиц. В качестве анодного катализатора может использоваться Ni/Ru катализатор, полученный методом термохимического синтеза на саже, электроосаждения, химическим методом, механическим смешением. В качестве катодного катализатора может использоваться серебро или пирополимеры N₄–комплексов на углеродном носителе. Катодный катализатор может быть смешан с полибензимидазолом. Техническим результатом изобретения является обеспечение высоких стабильных характеристик и низкой стоимости ТЭ. 13 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Топливный элемент для портативного радиоэлектронного оборудования, содержащий корпус с размещенными в нем жидкостным каталитически активным анодом, воздушным каталитически активным гидрофобным газодиффузионным катодом, жидкой спиртово-щелочной смесью, заполняющей внутреннюю полость корпуса и разделяющей анод и катод, при этом гидрофобная поверхность катода обращена к воздуху, отличающийся тем, что поверхность катода, обращенная к спиртово-щелочной смеси, покрыта слоем полимера, обладающего проводимостью по ионам ОН^-, а в качестве катодного катализатора используется не платиновый катализатор, толерантный по отношению к спирту.2. Топливный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве спиртово-щелочной смеси взята смесь 4М КОН+4М спирт.3. Топливный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве спирта в спиртово-щелочной смеси используется метанол, этанол, пропанол, бутанол, этиленгликоль или глицерин.4. Топливный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера, покрывающего поверхность катода, обращенную к спиртово-щелочной смеси, используется полибензимидазол, допированный ионами ОН^-.5. Топливный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве анодного катализатора используется не платиновый катализатор на основе металлов Fe, Ni, Со, Ru.6. Топливный элемент по п.5, отличающийся тем, что в качестве анодного катализатора используется Ni/Ru катализатор на высокодисперсном углеродном носителе.7. Топливный элемент по п.6, отличающийся тем, что Ni/Ru присутствует в анодном катализаторе в виде наночастиц.8. Топливный элемент по п.7, отличающийся тем, что в качестве анодного катализатора используется Ni/Ru катализатор, термохимически синтезированный на саже.9. Топливный элемент по п.7, отличающийся тем, что в качестве анодного катализатора используется Ni/Ru катализатор, полученный методом электроосаждения.10. Топливный элемент по п.7, отличающийся тем, что в качестве анодного катализатора используется Ni/Ru катализатор, полученный химическим методом.11. Топливный элемент по п.7, отличающийся тем, что в качестве анодного катализатора используется Ni/Ru катализатор, полученный механическим смешением.12. Топливный элемент по п.1, отличающийся тем, что катодный катализатор смешан с полибензимидазолом.13. Топливный элемент по п.1 или 12, отличающийся тем, что в качестве катодного катализатора используется серебро на углеродном носителе.14. Топливный элемент по п.1 или 12, отличающийся тем, что в качестве катодного катализатора используются пирополимеры N₄–комплексов на углеродном носителе.