[go: up one dir, main page]

RU194839U1 - OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell - Google Patents

OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell Download PDF

Info

Publication number
RU194839U1
RU194839U1 RU2019132877U RU2019132877U RU194839U1 RU 194839 U1 RU194839 U1 RU 194839U1 RU 2019132877 U RU2019132877 U RU 2019132877U RU 2019132877 U RU2019132877 U RU 2019132877U RU 194839 U1 RU194839 U1 RU 194839U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
hydrogen
air
collector
fuel cell
Prior art date
Application number
RU2019132877U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Калинников
Владимир Игоревич Порембский
Владимир Николаевич Фатеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2019132877U priority Critical patent/RU194839U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU194839U1 publication Critical patent/RU194839U1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к системе генерации электроэнергии и хранения водорода, содержащей батарею регенеративных топливных элементов (БРТЭ) с твердым полимерным электролитом. Технический результат заявленной полезной модели заключается в том, что конструкция и принцип функционирования РТЭ позволяет осуществлять переход между режимами работы только за счет изменения направления тока. Для достижения этого результата предложен регенеративный топливный элемент с открытым катодом, состоящий из, по меньшей мере, двух соединенных топливных ячеек, включающих в себя последовательно соединенные гофрированный кислородный/воздушный коллектор, кислородный/воздушный газодиффузионный слой, мембранно-электродный блок (МЭБ), рамку, в которой расположены водородный газодиффузионный слой и сетчатый водородный коллектор, биполярную пластину, при этом соединенные топливные ячейки топливного элемента установлены между концевыми плитами и отделяются от них токосъемными пластинами. 1 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to a system for generating electricity and storing hydrogen containing a battery of regenerative fuel cells (BRTE) with a solid polymer electrolyte. The technical result of the claimed utility model is that the design and principle of operation of the RTE allows the transition between operating modes only by changing the direction of the current. To achieve this result, an open cathode regenerative fuel cell is proposed, consisting of at least two connected fuel cells, including corrugated oxygen / air collector, oxygen / air gas diffusion layer, membrane-electrode unit (OIE), connected in series in which there is a hydrogen gas diffusion layer and a hydrogen grid collector, a bipolar plate, while the connected fuel cells of the fuel cell are installed between the end plates itami and are separated from them by collector plates. 1 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к регенеративным топливным элементам (РТЭ), которые сочетают в себе функции как топливных элементов (ТЭ), так и электролизеров (ЭЛ).The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to regenerative fuel cells (RTE), which combine the functions of both fuel cells (TE) and electrolytic cells (EL).

Уровень техникиState of the art

Известны заявки на изобретения, в которых предлагаются конструкции ТЭ с подачей на катод воздуха JP 2008516407 и WO 2008038032Known applications for inventions in which fuel cell designs are proposed with an air supply to the cathode JP 2008516407 and WO 2008038032

В заявке JP 2008516407 при работе ТЭ катод находился в контакте с неподвижной воздушной атмосферой.In the application JP 2008516407, during operation of the FC, the cathode was in contact with a stationary air atmosphere.

В заявке WO 2008038032 предложены способ и устройство батареи топливных элементов с открытым катодом. Блок топливных элементов имеет катодный воздухозаборник и катодный выхлоп.WO2008038032 proposes a method and device for an open cathode fuel cell battery. The fuel cell unit has a cathode air intake and a cathode exhaust.

Недостатком данных устройств является использование их только в конструкции ТЭ.The disadvantage of these devices is their use only in the design of fuel cells.

Известно устройство, описанное в патенте US 6833207, с регенеративным топливным элементом, которое объединяет блок топливного элемента и блок электролизера в одной батарее с общей системой подачи и вывода реагентовA device is known, described in patent US 6833207, with a regenerative fuel cell, which combines the fuel cell unit and the cell unit in one battery with a common system of supply and output of reagents

Недостатком данного устройства является использование его в системе РТЭ, в которой электролизер и ТЭ представляют собой отдельные электрохимические устройства, объединенные только системой ввода - вывода реагентов. Кроме того, система ввода и вывода реагентов сложная, и предполагает, что все реагенты проходят через каналы ТЭ и ЭЛ одновременно.The disadvantage of this device is its use in the RTE system, in which the electrolyzer and fuel cells are separate electrochemical devices that are combined only with a reagent input / output system. In addition, the reagent input and output system is complex, and assumes that all reagents pass through the TE and EL channels simultaneously.

Известно изобретение, в котором предлагается установка «Блок регенеративных топливных элементов/электролизеров», состоящая из чередующихся блоков «электролизер-ТЭ» Заявка US 20070116996. Между электродным узлом ТЭ и электродным узлом электролизера расположена проводящая пластина. Когда система работает в режиме ТЭ, происходит подача водородсодержащего газа из блока хранения водорода и кислородсодержащего газа из блока хранения кислорода. Кислородсодержащим веществом может быть газообразный кислород, газ, обогащенный кислородом, воздух и т.д.An invention is known in which the “Regenerative Fuel Cell / Electrolyzer Unit” installation is proposed, consisting of alternating “electrolyzer-TE” units. Application US 20070116996. A conductive plate is located between the electrode assembly of the TE and the electrode assembly of the electrolyzer. When the system is in TE mode, hydrogen-containing gas is supplied from the hydrogen storage unit and oxygen-containing gas from the oxygen storage unit. The oxygen-containing substance may be gaseous oxygen, oxygen enriched gas, air, etc.

Недостатком данного изобретения является использование отдельных блоков электролизера и ТЭ и связанная с этим необходимость сложных электрических переключений и систем ввода-вывода реагентов.The disadvantage of this invention is the use of individual blocks of the electrolyzer and fuel cell and the associated need for complex electrical switching and input-output systems of reagents.

Известно устройство, описанное в патенте US 7014953, опубликованном 2006-03-21, в котором предложена конструкция регенеративного биполярного топливного элемента (РБТЭ). РБТЭ включает в себя биполярную пластину, водородные электроды, контактирующие с потоком водорода, и кислородные электроды, контактирующие с потоком кислорода или воздуха. Газоразделительные электролитные камеры находится в контакте с водородным электродом с одной стороны, и с кислородным электродом с другой. Электролитные камеры обеспечивают механическую поддержку для ТЭ и обеспечивают контакт с водородным электродом и кислородным электродом. Биполярные пластины расположены между водородным электродом и кислородным электродом. Биполярная пластина имеет водородную сторону, контактирующую с водородным электродом, и кислородную сторону, контактирующую с кислородным электродом. Биполярная пластина не требует опорных рам электродов РБТЭ и обеспечивает целостность различных частей электродов, сохраняя при этом доступность различных реагентов к ним. Биполярная пластина действует как коллектор для распределения газа и прокладка для уплотнения.A device is known, described in US patent 7014953, published 2006-03-21, which proposed the design of a regenerative bipolar fuel cell (RBTE). RBTE includes a bipolar plate, hydrogen electrodes in contact with a stream of hydrogen, and oxygen electrodes in contact with a stream of oxygen or air. The gas separation electrolyte chambers are in contact with a hydrogen electrode on the one hand, and with an oxygen electrode on the other. Electrolyte chambers provide mechanical support for FCs and provide contact with a hydrogen electrode and an oxygen electrode. Bipolar plates are located between the hydrogen electrode and the oxygen electrode. The bipolar plate has a hydrogen side in contact with the hydrogen electrode and an oxygen side in contact with the oxygen electrode. The bipolar plate does not require support frames for RBTE electrodes and ensures the integrity of the various parts of the electrodes, while maintaining the availability of various reagents to them. The bipolar plate acts as a manifold for gas distribution and a gasket for sealing.

Данное устройство решает проблемы снижения эффективности регенеративных топливных элементов из-за потерь тока на контактах. Это достигается за счет расположения биполярных пластин и электродов, которое включает в себя внутренние электрические соединения для обеспечения коротких и эффективных токосъемных выводов, создавая улучшенное соединение между пластинами при изменении размеров электродов при работе РБТЭ.This device solves the problems of reducing the efficiency of regenerative fuel cells due to current losses at the contacts. This is achieved through the arrangement of bipolar plates and electrodes, which includes internal electrical connections to provide short and efficient current collector leads, creating an improved connection between the plates when changing the size of the electrodes during RHTE operation.

Полученная в режиме электролиза воды смесь газообразного кислорода и воды, через клапан поступает в резервуар, где происходит их разделение. Кислород направляется в кислородный баллон, вода - в резервуар для хранения воды. Полученный при электролизе водород, отделяется в сепараторе от воды и поступает в резервуар для хранения водорода, вода из сепаратора - в резервуар для хранения воды.The mixture of gaseous oxygen and water obtained in the water electrolysis mode, enters the reservoir through the valve, where they are separated. Oxygen is sent to an oxygen cylinder, water - to a water storage tank. Hydrogen obtained during electrolysis is separated in the separator from water and enters the reservoir for storing hydrogen, water from the separator is transferred to the reservoir for storing water.

Недостатком изобретения является закрытый катод и работа в режиме ТЭ только на кислороде, в этом случае ТЭ работает на пределе своей мощности, что приводит к сокращению срока службы РБТЭ, при этом вода, образующаяся на кислородном электроде, имеет большой избыток газообразного кислорода, который не прореагировал в реакции.The disadvantage of the invention is the closed cathode and the operation in the FC mode only on oxygen, in this case the FC operates at the limit of its power, which leads to a reduction in the life of the RBTE, while the water generated on the oxygen electrode has a large excess of gaseous oxygen that has not reacted in the reaction.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является, повышение надежности и эффективности РТЭ и упрощение систем, связанных с обеспечением его работы.The technical problem to which the claimed utility model is directed is to increase the reliability and efficiency of the RTE and simplify the systems associated with ensuring its operation.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в том, что конструкция и принцип функционирования РТЭ позволяет осуществлять переход между режимами работы только за счет изменения направления тока.The technical result of the claimed utility model is that the design and principle of operation of the RTE allows the transition between operating modes only by changing the direction of the current.

Технический результат заявленной полезной модели достигается тем,The technical result of the claimed utility model is achieved by

что регенеративный топливный элемент с открытым катодом состоит из, по меньшей мере, двух соединенных топливных ячеек, включающих в себя последовательно соединенные гофрированный кислородный/воз душный коллектор, кислородный/воздушный газодиффузионный слой, мембранно-электродный блок (МЭБ), рамку, в которой расположены водородный газодиффузионный слой и сетчатый водородный коллектор, биполярную пластину, при этом соединенные топливные ячейки топливного элемента установлены между концевыми плитами и отделяются от них токосъемными пластинами.that the open cathode regenerative fuel cell consists of at least two connected fuel cells, including a corrugated oxygen / air collector, an oxygen / air gas diffusion layer, a membrane-electrode block (OIE), in a frame in which are located a hydrogen gas diffusion layer and a hydrogen grid collector, a bipolar plate, while the connected fuel cells of the fuel cell are installed between the end plates and are separated from them by current collection plates astinami.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что The combination of the above essential features leads to the fact that

возможен переход между режимами работы только за счет изменения направления тока;a transition between operating modes is possible only by changing the direction of the current;

существенно упрощается система, связанная с обеспечением работы РТЭ и вводом - выводом реагентов;significantly simplifies the system associated with the operation of the RTE and the input - output of reagents;

циркуляция воды в режиме генерации водорода производится только по каналам водородного электрода, при этом каналы кислородного электрода открыты в атмосферу.water circulation in the hydrogen generation mode is carried out only through the channels of the hydrogen electrode, while the channels of the oxygen electrode are open to the atmosphere.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фигуре представлена схема батареи РТЭ, состоящая из последовательности ячеек, количество которых более или равно 2. Батарея РТЭ включает:The figure shows a diagram of an RTE battery, consisting of a sequence of cells, the number of which is more than or equal to 2. An RTE battery includes:

1 - концевая плита;1 - end plate;

2 - токосъемная пластина;2 - current collection plate;

3 - гофрированный кислородный/воз душный коллектор;3 - corrugated oxygen / air collector;

4 - кислородный/воздушный газодиффузионный слой;4 - oxygen / air gas diffusion layer;

5 - мембранно-злектродный блок;5 - membrane-electrode block;

6 - водородный газодиффузионный слой;6 - hydrogen gas diffusion layer;

7 - сетчатый водородный коллектор;7 - mesh hydrogen collector;

8 – рамка;8 - frame;

9 - уплотнительное кольцо;9 - a sealing ring;

10 - биполярная пластина.10 - bipolar plate.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.The following is an example of a specific implementation of the device, which does not limit the options for its execution.

Единичная ячейка РТЭ последовательно содержит: гофрированный кислородный/воздушный коллектор 3, кислородный/воздушный газодиффузионный слой 4, мембранно-электродный блок (МЭБ) 5, рамку 8 в которой расположены водородный газодиффузионный слой 6 и сетчатый водородный коллектор 7, биполярную пластину 10 и уплотнительные кольца 9.A single RTE cell consistently contains: corrugated oxygen / air collector 3, oxygen / air gas diffusion layer 4, membrane-electrode block (OIE) 5, a frame 8 in which there is a hydrogen gas diffusion layer 6 and a mesh hydrogen collector 7, a bipolar plate 10 and o-rings 9.

Батарея топливных элементов по фиг., состоит из последовательности единичных ячеек РТЭ, соединенных электрически и зажатых между концевыми плитами 1 металлическими шпильками, электрически изолированных от токоведущих частей.The fuel cell battery of FIG. Consists of a sequence of unit cells of an RTE, electrically connected and sandwiched between end plates 1 by metal studs, electrically isolated from live parts.

Гофрированный кислородный/воздушный коллектор 3 выполнен из гофрированной металлической ленты, например, из титановой фольги, толщиной 0,10-0,20 мм. Форма - прямоугольная. Габариты коллектора соответствуют внешним габаритам рамки 8 фиг. Назначение: передача тока и обеспечение прохождения воздуха к воздушному газодиффузионному слою. Устанавливается между биполярной пластиной 10 и кислородным/воз душным газодиффузионным слоем 4.Corrugated oxygen / air manifold 3 is made of corrugated metal tape, for example, of titanium foil, 0.10-0.20 mm thick. The shape is rectangular. The dimensions of the collector correspond to the external dimensions of the frame 8 of FIG. Appointment: current transmission and ensuring the passage of air to the air gas diffusion layer. It is installed between the bipolar plate 10 and the oxygen / air gas diffusion layer 4.

Кислородный/воздушный газодиффузионный слой 4, выполнен из пористой углеграфитовой ткани или бумаги толщиной 0,30-0,50 мм. Габариты кислородного/воздушного газодиффузионного слоя соответствуют внешним габаритам рамки 8 фиг. Назначение - передача тока, а также обеспечение отвода кислорода при электролизе и подвода воздуха к МЭБ при работе в режиме ТЭ. Устанавливается между гофрированным кислородным/воздушным коллектором 3 и мембранно-электродным блоком 5.Oxygen / air gas diffusion layer 4 is made of porous carbon-graphite fabric or paper 0.30-0.50 mm thick. The dimensions of the oxygen / air gas diffusion layer correspond to the external dimensions of the frame 8 of FIG. The purpose is to transfer current, as well as to ensure oxygen removal during electrolysis and air supply to the OIE when operating in the FC mode. It is installed between the corrugated oxygen / air collector 3 and the membrane-electrode block 5.

Мембранно-электродный блок 5, состоит из: ионообменной мембраны Nafion или МФ4-СК толщиной 50-120 мкм с нанесенными по обеим сторонам кислородным и водородным электрокаталитическими слоями на основе металлов платиновой группы (платина, иридий, рутений) на углеродных или оксидных носителях. Габариты МЭБ - по внешним размерам рамки 8, размер электрокаталитических слоев соответствует размеру окна рамки 8 фиг. Назначение: для разделения газов, проведения электрохимических реакций и передачи тока. Устанавливается между кислородным/воздушным газодиффузионным слоем 4 и рамкой 8.Membrane-electrode block 5, consists of: an Nafion or MF4-SK ion-exchange membrane with a thickness of 50-120 μm with oxygen and hydrogen electrocatalytic layers deposited on both sides based on platinum group metals (platinum, iridium, ruthenium) on carbon or oxide supports. OIE dimensions - according to the external dimensions of the frame 8, the size of the electrocatalytic layers corresponds to the size of the window of the frame 8 of FIG. Appointment: for gas separation, carrying out electrochemical reactions and current transfer. It is installed between the oxygen / air gas diffusion layer 4 and the frame 8.

Водородный газодиффузионный слой 6, его материал: углеграфитовая ткань или бумага толщиной 0,30-0,50 мм. Габариты водородного коллектора - по размеру окна рамки 8 фиг. Назначение: обеспечение отвода/подвода водорода и передача тока. Устанавливается в окно рамки 8 между мембранно-электродным блоком 5 и сетчатым водородным коллектором 7. Водородный газодиффузионный слой 6 совместно с сетчатым водородным коллектором 7, вложен в окно рамки 8.Hydrogen gas diffusion layer 6, its material: carbon-graphite fabric or paper 0.30-0.50 mm thick. Dimensions of the hydrogen collector - the size of the window frame 8 of FIG. Appointment: ensuring removal / supply of hydrogen and current transfer. It is installed in the window of the frame 8 between the membrane-electrode block 5 and the hydrogen grid collector 7. The hydrogen gas diffusion layer 6 together with the hydrogen grid collector 7 is embedded in the window of the frame 8.

Рамка 8, ее материал - фторкаучуковая резиновая смесь. Назначение: фиксирование водородного газодиффузионного слоя 6, сетчатого водородного коллектора 7, обеспечение герметизации водородной камеры РТЭ. Устанавливается между мембранно-электродным блоком 5 и биполярной пластиной 10.Frame 8, its material is a fluororubber rubber compound. Appointment: fixing of a hydrogen gas diffusion layer 6, a mesh hydrogen collector 7, ensuring sealing of the RTE hydrogen chamber. It is installed between the membrane-electrode block 5 and the bipolar plate 10.

Сетчатый водородный коллектор 7, его материал - титановая просечно-вытяжная сетка в три или более слоев. Габариты - по размерам окна рамки 8 фиг. Назначение: передача тока, а также отвод/подвод водорода к водородному газодиффузионному слою 6. Устанавливается в рамку 8 между водородным газодиффузионным слоем 6 и биполярной пластиной 10.Mesh hydrogen collector 7, its material is a titanium expanded metal mesh in three or more layers. Dimensions - the size of the window frame 8 of Fig. Purpose: current transfer, as well as the removal / supply of hydrogen to the hydrogen gas diffusion layer 6. Installed in frame 8 between the hydrogen gas diffusion layer 6 and the bipolar plate 10.

Биполярная пластина 10, материал - титановая пластина толщиной 0,30-0,50 мм. Габариты соответствуют внешним габаритам рамки 8. Назначение: для разделения смежных ячеек РТЭ и передачи тока. Устанавливается между рамкой 8 и гофрированным кислородным/воздушным коллектором 3 смежного РТЭ.The bipolar plate 10, the material is a titanium plate with a thickness of 0.30-0.50 mm Dimensions correspond to the external dimensions of the frame 8. Purpose: to separate adjacent cells of the RTE and current transmission. It is installed between the frame 8 and the corrugated oxygen / air collector 3 of the adjacent RTE.

Уплотнительное кольцо 9, материал - фторкаучуковая резина. Назначение - обеспечение герметичности водородного канала, соединяющего смежные ячейки РТЭ. Устанавливается в отверстия в гофрированном кислородном/воз душном коллекторе 3 и кислородном/воздушном газодиффузионном слое 4 для подачи водорода.O-ring 9, material - fluororubber rubber. The purpose is to ensure the tightness of the hydrogen channel connecting adjacent RTE cells. It is installed in the holes in the corrugated oxygen / air manifold 3 and the oxygen / air gas diffusion layer 4 for supplying hydrogen.

Батарея РТЭ содержит два или более РТЭ, токосъемные пластины 2 и концевые плиты 1, стянутые крепежными деталями, например, шпильками.The RTE battery contains two or more RTEs, current collection plates 2 and end plates 1 pulled together by fasteners, for example, studs.

Токосъемные пластины 2, материал - титан, толщина 1,0-3,0 мм, толщина зависит от силы подводимого или снимаемого с батареи РТЭ тока. Габариты соответствуют внешним габаритам рамки 8. Назначение: для обеспечения подвода/отвода тока к батарее РТЭ. Устанавливается между концевой плитой 1 и либо гофрированным кислородным/воздушным коллектором 3, либо рамкой 8.Current collection plates 2, the material is titanium, the thickness is 1.0-3.0 mm, the thickness depends on the strength of the current supplied or removed from the RTE battery. The dimensions correspond to the external dimensions of the frame 8. Purpose: to ensure the supply / removal of current to the RTE battery. It is installed between the end plate 1 and either the corrugated oxygen / air manifold 3 or the frame 8.

Концевые плиты 1, материал - металл или жесткий пластик. Назначение: для скрепления ячеек РТЭ в батарею с помощью крепежных деталей, например, шпилек с резьбой.End plates 1, material - metal or hard plastic. Purpose: for fastening RTE cells to the battery using fasteners, for example, threaded rods.

Сетчатый водородный коллектор 7 образует объемный проточный канал, по которому осуществляется подача и вывод водорода по площади ячейки РТЭ.The mesh hydrogen collector 7 forms a volumetric flow channel through which hydrogen is supplied and removed over the area of the RTE cell.

Проточные каналы для отвода кислорода и подвода воздуха образованы гофрированным кислородным/воздушным коллектором 3. В режиме генерации электроэнергии в каналы подается воздух либо диффузионно, либо с помощью вентиляторов. В режиме генерации водорода кислород свободно выходит в атмосферу. При использовании вентиляторов воздух отводит образующееся при работе РТЭ тепло во всех режимах.The flow channels for oxygen removal and air supply are formed by a corrugated oxygen / air collector 3. In the power generation mode, air is supplied to the channels either diffusely or using fans. In the hydrogen generation mode, oxygen freely enters the atmosphere. When using fans, the air removes the heat generated during operation of the RTE in all modes.

Внутренние коммуникации для подачи воды и вывода водорода в режиме генерации водорода и подачи водорода в режиме генерации электроэнергии, представляют собой каналы, образующиеся при соединении отдельных деталей РТЭ (гофрированного кислородного/воздушного коллектора 3, кислородного/воз душного газодиффузионного слоя 4, мембранно-электродного блока 5, рамки 8, биполярной пластины 10) за счет выполнения в этих деталях ряда соосных отверстий.Internal communications for water supply and hydrogen output in the hydrogen generation mode and hydrogen supply in the electric power generation mode are channels formed when connecting separate parts of the RTE (corrugated oxygen / air collector 3, oxygen / air gas diffusion layer 4, membrane-electrode block 5, frame 8, bipolar plate 10) by making a number of coaxial holes in these parts.

Смежные РТЭ в батарее разделены биполярной пластиной 10, выполненной в виде титановой пластины толщиной 0,5 мм. Биполярная пластина 10 имеет электрический контакт с коллекторами 3 и 7 и выполняет также функцию передачи тока. Ячейки РТЭ с помощью концевых плит и шпилек собираются в батарею РТЭ.Adjacent RTEs in the battery are separated by a bipolar plate 10 made in the form of a titanium plate 0.5 mm thick. The bipolar plate 10 is in electrical contact with the collectors 3 and 7 and also performs the function of transmitting current. RTE cells with the help of end plates and pins are assembled into an RTE battery.

Целесообразно, чтобы в режиме генерации водорода в проточных каналах водородного электрода РТЭ поддерживалось давление до 1,0 МПа.It is advisable that in the mode of hydrogen generation in the flow channels of the RTE hydrogen electrode, a pressure of up to 1.0 MPa be maintained.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Принцип работы РТЭ основан на осуществлении реакции разложения воды на водород и кислород в режиме генерации водорода под действием постоянного электрического тока и проведении обратной реакции рекомбинации водорода и кислорода воздуха с образованием воды, в режиме генерации электроэнергии.The principle of operation of the RTE is based on the reaction of decomposition of water into hydrogen and oxygen in the mode of hydrogen generation under the influence of direct electric current and the reverse reaction of the recombination of hydrogen and oxygen in the air to form water, in the mode of electricity generation.

В качестве электролита используется ионообменная мембрана, осуществляющая транспорт ионов водорода и играющая роль газоразделительной диафрагмы.As an electrolyte, an ion-exchange membrane is used, which carries out the transport of hydrogen ions and plays the role of a gas separation diaphragm.

РТЭ функционирует следующим образом. В режиме генерации электроэнергии водород подается к водородным электрокаталитическим слоям МЭБ ячеек РТЭ по проточным каналам, которые образованы сетчатым водородным коллектором 7, а воздух подается либо диффузионно, либо с помощью вентиляторов через открытые проточные каналы гофрированного кислородного/воздушного коллектора 3 к кислородным электрокаталитическим слоям МЭБ ячеек РТЭ. В режиме генерации водорода вода подается в проточные каналы, образованные сетчатым водородным коллектором 7, либо циркуляционным насосом, либо за счет процесса газ-лифт, за счет диффузии проходит через мембрану из твердополимерного электролита, попадает на кислородный электрокаталитический слой МЭБ 5, где под действием электрического потенциала происходит электрокаталитический процесс разложения воды с образованием кислорода на аноде и водорода на катоде. Кислород через каналы гофрированного кислородного/воздушного коллектора 3 поступает в атмосферу, где смешивается с воздухом, а водород в смеси с неразложившейся водой выводится из РТЭ. Во всех режимах воздух продувается через каналы гофрированного кислородного/воздушного коллектора 3 при помощи нагнетателя, и отводит образующееся при работе РТЭ тепло.RTE operates as follows. In the power generation mode, hydrogen is supplied to the hydrogen electrocatalytic layers of the OIE of the RTE cells through the flow channels, which are formed by the hydrogen grid collector 7, and the air is supplied either diffusely or through fans through the open flow channels of the corrugated oxygen / air collector 3 to the oxygen electrocatalytic layers of the OIE cells RTE. In the hydrogen generation mode, water is supplied to the flow channels formed by the hydrogen grid collector 7, either by means of a circulation pump or by a gas-lift process, due to diffusion passes through a membrane from a solid polymer electrolyte, and enters the oxygen electrocatalytic layer of OIE 5, where under the influence of an electric Of potential there is an electrocatalytic process of water decomposition with the formation of oxygen at the anode and hydrogen at the cathode. Oxygen through the channels of the corrugated oxygen / air collector 3 enters the atmosphere, where it is mixed with air, and hydrogen in a mixture with undecomposed water is removed from the RTE. In all modes, air is blown through the channels of the corrugated oxygen / air collector 3 using a supercharger, and removes the heat generated during operation of the RTE.

Приведенные выше описание схемы и принципа работы БРТЭ подтверждают промышленную применимость заявленной полезной модели.The above description of the BRTE scheme and principle of operation confirms the industrial applicability of the claimed utility model.

Claims (1)

Регенеративный топливный элемент с открытым катодом, характеризующийся, по меньшей мере, двумя соединенными топливными ячейками, включающими в себя последовательно соединенные гофрированный кислородный/воздушный коллектор 3, кислородный/воздушный газодиффузионный слой 4, мембранно-электродный блок (МЭБ) 5, водородный газодиффузионный слой 6 и сетчатый водородный коллектор 7, расположенные в рамке 8, биполярную пластину 10, при этом соединенные топливные ячейки топливного элемента установлены между концевыми плитами 1 и отделяются от них токосъемными пластинами 2.An open cathode regenerative fuel cell, characterized by at least two connected fuel cells, including a serially connected corrugated oxygen / air manifold 3, an oxygen / air gas diffusion layer 4, a membrane-electrode block (OIE) 5, a hydrogen gas diffusion layer 6 and a hydrogen grid collector 7 located in the frame 8, a bipolar plate 10, while the connected fuel cells of the fuel cell are installed between the end plates 1 and are separated from them okosemnymi plates 2.
RU2019132877U 2019-10-16 2019-10-16 OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell RU194839U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132877U RU194839U1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132877U RU194839U1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU194839U1 true RU194839U1 (en) 2019-12-25

Family

ID=69022531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132877U RU194839U1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU194839U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2838104C1 (en) * 2024-07-31 2025-04-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Hydrogen-air fuel cell battery

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7014953B2 (en) * 2001-03-01 2006-03-21 Texaco Ovoric Fuel Cell, Llc Regenerative bipolar fuel cell
RU130144U1 (en) * 2013-03-26 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" HYDROGEN ACCUMULATING DEVICE
RU2577860C1 (en) * 2015-04-22 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method for protection from oxidation of bipolar plates and current collectors of electrolysers and fuel elements with solid polymer electrolyte
US20160265122A1 (en) * 2013-11-05 2016-09-15 Dalian University Of Technology An electrochemical method for producing pure-oxygen gas and oxygen-lean gas from oxygen-containing gas mixtures
WO2018000078A1 (en) * 2016-06-27 2018-01-04 Marvin Milos Renewable energy system
KR20190054711A (en) * 2017-11-14 2019-05-22 동신대학교산학협력단 System and method for complex grid of heat and electricity using electrolysis and fuel cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7014953B2 (en) * 2001-03-01 2006-03-21 Texaco Ovoric Fuel Cell, Llc Regenerative bipolar fuel cell
RU130144U1 (en) * 2013-03-26 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" HYDROGEN ACCUMULATING DEVICE
US20160265122A1 (en) * 2013-11-05 2016-09-15 Dalian University Of Technology An electrochemical method for producing pure-oxygen gas and oxygen-lean gas from oxygen-containing gas mixtures
RU2577860C1 (en) * 2015-04-22 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method for protection from oxidation of bipolar plates and current collectors of electrolysers and fuel elements with solid polymer electrolyte
WO2018000078A1 (en) * 2016-06-27 2018-01-04 Marvin Milos Renewable energy system
KR20190054711A (en) * 2017-11-14 2019-05-22 동신대학교산학협력단 System and method for complex grid of heat and electricity using electrolysis and fuel cell

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2838104C1 (en) * 2024-07-31 2025-04-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Hydrogen-air fuel cell battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103806014B (en) A kind of proton exchange membrane water electrolyzer device
CN213804006U (en) Water electrolysis bath with novel channel arrangement mode
CN1966777B (en) Water electrolysis device with proton exchange membrane
JP2008536015A (en) Electrochemical cell structure
CN115241514B (en) Solid oxide fuel cell/electrolytic cell pile and hydrogen production method
JP2019530802A (en) Water electrolysis reactor (SOEC) or fuel cell (SOFC) with an increased proportion in each of steam use or fuel use
CN1327555C (en) Self-breathing portable power supply
RU194839U1 (en) OPEN Cathode Regenerative Fuel Cell
CN113981479B (en) Water electrolysis device
US10787747B2 (en) Electrolytic cell for generating hydrogen
GB2613332A (en) Memrane-less electrolyser cell utilising carbon nanotubes
EP4488416A2 (en) Electrochemical device for obtaining hydrogen
CN108365238A (en) A kind of liquid-metal fuel cell
CN102677082A (en) Portable energy saving water electrolysis oxygen-making device
CN219280053U (en) Multipole type electrolytic device for producing hydrogen peroxide and hydrogen by electrolyzing ammonium bisulfate
CN117702153A (en) Electrolysis aggregate and electrolytic hydrogen production tank comprising same
CN117845244A (en) Electrolytic tank, electrolytic hydrogen production device and hydrogen fuel cell
CN116590728A (en) AEM electrolytic water hydrogen production electrolytic tank
CN116613358A (en) Closed high-pressure water electrolysis hydrogen production energy storage system
CN117468028A (en) Combined high-efficiency high-power electrolytic tank system
CN212085141U (en) Novel fuel cell system, power generation system and electric vehicle
CN116949467A (en) Integrated photowater splitting devices and module systems for photovoltaic cells and electrocatalysts
CN211929622U (en) Novel fuel cell system, power generation system and electric vehicle
WO2018079965A1 (en) Hybrid power generation system and energy-independent hydrogen-electricity hybrid charging station, which use reverse electrodialysis device capable of efficiently producing hydrogen-electricity
CN114959759A (en) Photovoltaic-driven step-by-step hydrogen-oxygen-electricity cogeneration device and method

Legal Events

Date Code Title Description
QB9K Licence granted or registered (utility model)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201014

Effective date: 20201014