NL1018720C2 - Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes. - Google Patents
Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1018720C2 NL1018720C2 NL1018720A NL1018720A NL1018720C2 NL 1018720 C2 NL1018720 C2 NL 1018720C2 NL 1018720 A NL1018720 A NL 1018720A NL 1018720 A NL1018720 A NL 1018720A NL 1018720 C2 NL1018720 C2 NL 1018720C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- hollow
- hollow fiber
- fiber membranes
- electrically conductive
- phases
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 82
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 27
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 2
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 claims description 2
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 5
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 3
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 241000239290 Araneae Species 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 150000003378 silver Chemical class 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N sulfonic acid Chemical group OS(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
Titel: Elektrochemische cel op basis van holle-vezelmembranenTitle: Electrochemical cell based on hollow fiber membranes
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het uitvoeren van elektrochemische reacties in gas vormige of op geloste toestand, alsmede op een werkwijze voor het maken van een dergelijke inrichting.The invention relates to a method and device for carrying out electrochemical reactions in a gaseous or discharged state, and to a method for making such a device.
5 Vloeibare of gasvormige elektrolyten bieden voordelen ten opzichte van cellen uitgerust met de vaste elektrolyten, zoals bijvoorbeeld conventionele accu’s welke zijn uitgerust met loodplaten. US-A-5 759 711 beschrijft een accu op basis van vloeibare elektrolyten. In deze bekende inrichting worden de elektrolytische oplossingen gecirculeerd door de 10 kamers waarin de elektroden (kathode en anode) zich bevinden. De kamers worden gescheiden door een membraan.Liquid or gaseous electrolytes offer advantages over cells equipped with the fixed electrolytes, such as for example conventional batteries which are equipped with lead plates. US-A-5 759 711 describes a battery based on liquid electrolytes. In this known device the electrolytic solutions are circulated through the 10 chambers in which the electrodes (cathode and anode) are located. The chambers are separated by a membrane.
Een voordeel van de toepassing van vloeibare of gasvormige elektrolyten is, dat de opgeladen elektrolyt buiten de elektrochemische cel kan worden opgeslagen, bijvoorbeeld in een voorraadvat. Hierdoor is de 15 energie-inhoud van de cel in principe alleen beperkt door het volume van het opslagvat. Ook is het mogelijk om snel en op een gewenst moment om te schakelen tussen opladen en produceren van elektriciteit, zonder dat dit ten koste gaat van de opslagcapaciteit van de cel; bij vaste elektrolyten kan namelijk een zgn. geheugeneffect optreden indien oplaad- en productiecycli 20 niet volledig worden uitgevoerd.An advantage of using liquid or gaseous electrolytes is that the charged electrolyte can be stored outside the electrochemical cell, for example in a storage vessel. As a result, the energy content of the cell is in principle only limited by the volume of the storage vessel. It is also possible to switch between charging and producing electricity quickly and at a desired moment, without this being at the expense of the storage capacity of the cell; with fixed electrolytes, a so-called memory effect can occur if charging and production cycles are not fully performed.
Nadeel van cellen op basis van vloeibare of gasvormige elektrolyten is, dat deze doorgaans veel ruimte innemen als gevolg van het feit dat de vloeibare elektrolyten vergeleken met vaste elektrolyten relatief verdund zijn (lage elektronendichtheid). Hierdoor zijn grootheden als het specifiek 25 vermogen (bijvoorbeeld uitgedrukt in W/kg), de vermogensdichtheid (bijvoorbeeld uitgedrukt in W per volume-eenheid van de cel), de energie-inhoud (bijvoorbeeld uitgedrukt in Wh/kg) of de energiedichtheid 1018720· 2 (bijvoorbeeld uitgedrukt in Wh per volume-eenheid) doorgaans laag en voor verbetering vatbaar.The disadvantage of cells based on liquid or gaseous electrolytes is that they generally take up a lot of space due to the fact that the liquid electrolytes are relatively diluted compared to solid electrolytes (low electron density). As a result, quantities such as the specific power (for example expressed in W / kg), the power density (for example expressed in W per unit volume of the cell), the energy content (for example expressed in Wh / kg) or the energy density are 1018720 · 2 (for example expressed in Wh per volume unit) is generally low and could be improved.
Ook worden bekende cellen op basis van vloeibare of gasvormige elektrolyten gekenmerkt door een betrekkelijk laag rendement ten gevolge 5 van warmteproductie en/of kortsluitstromen.Known cells based on liquid or gaseous electrolytes are also characterized by a relatively low efficiency due to heat production and / or short-circuit currents.
De onderhavige uitvinding beoogt deze nadelen althans ten dele op te heffen. Beoogd wordt een compactere wijze te verschaffen voor het uitvoeren van elektrochemische reactie in gasvormige of opgeloste toestand. Ook wordt een cel voor het uitvoeren van dergelijke reacties met een 10 verbeterd rendement beoogd. Gevonden is, dat indien hierbij wordt uitgegaan van een holle-vezelmembraan dat ionogene groepen omvat en aan weerszijden is bedekt een elektronengeleidende laag, deze doelstelling kan worden bereikt.It is an object of the present invention to at least partially eliminate these disadvantages. It is intended to provide a more compact manner for conducting electrochemical reaction in gaseous or dissolved state. A cell for carrying out such reactions with an improved efficiency is also envisaged. It has been found that if this is based on a hollow-fiber membrane comprising ionic groups and an electron-conducting layer is covered on either side, this object can be achieved.
Derhalve betreft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het 15 uitvoeren van een elektrochemische reactie in gasvormige of opgeloste toestand, waarbij men aan weerszijde van een holle-vezelmembraan een gasvormige of vloeibare fase welke elk reagentia voor en/of reactieproducten van genoemde reactie omvat brengt, waarbij het materiaal van de wanden van de holle-vezelmembraan ionogene groepen omvat, zodanig, dat de fasen 20 aan de binnen- en buitenzijde van genoemd holle-vezelmembraan althans in hoofdzaak niet mengen, en waarbij het oppervlak van de holle-vezelmembraan aan de binnen- en buitenzijde is bedekt met een voor vloeistof of gas doorlaatbare elektrisch geleidende laag.The present invention therefore relates to a method for carrying out an electrochemical reaction in a gaseous or dissolved state, wherein a gaseous or liquid phase is introduced on either side of a hollow-fiber membrane, each of which comprises reagents for and / or reaction products of said reaction, wherein the material of the walls of the hollow fiber membrane comprises ionic groups such that the phases on the inside and outside of said hollow fiber membrane do not at least substantially mix, and wherein the surface of the hollow fiber membrane on the inside and the outside is covered with an electrically conductive layer permeable to liquid or gas.
Doordat het materiaal van de wanden van de holle-25 vezelmembranen volgens de onderhavige uitvinding ionogene groepen omvat, wordt bereikt, dat de wanden ionengeleidend zijn. Er kan dus ionentransport door de wand heen plaatsvinden. Bij voorkeur is dit ionentransport selectief, dat wil zeggen zodanig, dat het ene type ionen gemakkelijker door de wand heen kan worden getransporteerd dan het 30 andere type.Because the material of the walls of the hollow-fiber membranes according to the present invention comprises ionic groups, it is achieved that the walls are ion-conducting. Ion transport can therefore take place through the wall. This ion transport is preferably selective, that is to say such that one type of ions can be transported more easily through the wall than the other type.
tOt 872« 3Up to 872 «3
De gasvormige of vloeibare fasen welke elk reagentia voor en/of reactieproducten van genoemde elektrochemische reactie omvatten, kunnen bijvoorbeeld de elektrolyten zijn. Ook kan de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding worden ingezet als brandstofcel. In dat geval 5 omvatten de genoemde fasen de reagentia en reactieproducten voor de omzetting van bijvoorbeeld koolwaterstoffen met zuurstof.The gaseous or liquid phases which each comprise reagents for and / or reaction products of said electrochemical reaction can be, for example, the electrolytes. The method and device according to the invention can also be used as a fuel cell. In that case the said phases comprise the reagents and reaction products for the conversion of, for example, hydrocarbons with oxygen.
Bij voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat men een van genoemde fasen in een ruimte brengt, welke ruimte wordt gedefinieerd door een houder enerzijds en de buitenzijde van 10 een of meer van genoemde holle-vezelmembranen in die houder anderzijds, en de andere genoemde fase in de ruimte brengt welke wordt gedefinieerd door de binnenzijden van genoemde holle-vezelmembranen, waarbij de lagen aan de buitenzijde met elkaar in elektrisch contact zijn en de lagen aan de binnenzijde met elkaar in een ander elektrisch contact zijn.The method according to the invention is preferably carried out such that one of said phases is introduced into a space, which space is defined by a container on the one hand and the outside of one or more of said hollow fiber membranes in said container on the other, and the another said phase into the space defined by the inner sides of said hollow fiber membranes, the layers on the outside being in electrical contact with each other and the layers on the inside being in electrical contact with each other.
15 Elk van de lagen aan weerszijden van het holle-vezelmembraan dient als elektrode, bijvoorbeeld de een als kathode en de ander als anode. Doordat de twee elektroden als laag aanwezig zijn aan weerszijden van het holle-vezelmembraan, wordt een aantal belangrijke voordelen verkregen.Each of the layers on either side of the hollow fiber membrane serves as an electrode, for example one as a cathode and the other as an anode. Because the two electrodes are present as a layer on either side of the hollow-fiber membrane, a number of important advantages are obtained.
Enerzijds wordt een eenvoudige en praktische constructie 20 verkregen, doordat de elektroden gemakkelijk op het oppervlak van de holle-vezelmembraan als laag kunnen worden aangebracht, waarbij een constructie met voldoende mechanische sterkte kan worden gerealiseerd.On the one hand, a simple and practical construction is obtained in that the electrodes can easily be applied as a layer on the surface of the hollow-fiber membrane, whereby a construction with sufficient mechanical strength can be realized.
Anderzijds is door het aanbrengen van de elektroden als laag de afstand tussen de elektroden minimaal, namelijk ongeveer de wanddikte 25 van het holle-vezelmembraan. Door deze minimale afstand van de elektroden is de interne weerstand voor ionengeleiding eveneens minimaal, hetgeen resulteert in een elektrochemische cel met een hoog rendement (weinig warmteverliezen). Ook is de resulterende cel compact en kunnen hoge waarden voor de bovengenoemde grootheden (specifiek vermogen, 1018720· 4 vermogensdichtheid, energie-inhoud en/of energie dichtheid) worden verkregen.On the other hand, by arranging the electrodes as a layer, the distance between the electrodes is minimal, namely approximately the wall thickness of the hollow-fiber membrane. Due to this minimum distance from the electrodes, the internal resistance for ion conduction is also minimal, which results in an electrochemical cell with a high efficiency (low heat losses). The resulting cell is also compact and high values for the aforementioned quantities (specific power, 1018720 · 4 power density, energy content and / or energy density) can be obtained.
Bovendien is er volgens de uitvinding geen of nauwelijks vloeibaar of gasvormig reagentia of reactieproduct (bijvoorbeeld elektrolyt) aanwezig 5 tussen elk van de elektroden enerzijds en het oppervlak van het holle- vezelmembraan anderzijds, waardoor de stofoverdrachtsweerstand lager is dan wanneer dit wel het geval zou zijn. Ook dit levert een extra bijdrage aan het rendement en/of de genoemde grootheden met betrekking tot vermogen en energie van de elektrochemische cel.Moreover, according to the invention there is no or hardly any liquid or gaseous reagents or reaction product (for example electrolyte) present between each of the electrodes on the one hand and the surface of the hollow fiber membrane on the other hand, whereby the dust transfer resistance is lower than if this were the case. . This also makes an additional contribution to the efficiency and / or the aforementioned quantities with regard to power and energy of the electrochemical cell.
10 De lagen aan de buitenzijde van de holle membranen zijn met elkaar in een gezamenlijk elektrisch contact en vormen zo bijvoorbeeld de kathode van de cel. De lagen aan de binnenzijde zijn met elkaar in een ander elektrisch contact en vormen bijvoorbeeld de anode. De contacten kunnen op de gebruikelijke wijze naar buiten worden gevoerd, zodanig, dat 15 er aansluitpunten worden verkregen waartussen een elektrische stroom kan lopen.The layers on the outside of the hollow membranes are in mutual electrical contact with each other and thus form, for example, the cathode of the cell. The layers on the inside are in another electrical contact with each other and form, for example, the anode. The contacts can be led outside in the usual manner such that connection points are obtained between which an electric current can flow.
Volgens de uitvinding worden holle-vezelmembranen toegepast. Onder holle-vezelmembranen (“hollow-fibre membranes”) worden verstaan de op zich bekende vezels welke gebruikelijk worden vervaardigd door 20 extrusie of spinnen van een polymeer. Holle-vezelmembranen hebben een diameter van minder dan 1 mm. Geschikte werkwijzen voor de vervaardiging zijn bijvoorbeeld beschreven in Kirk-Othmer’s Encyclopedia of Chemical Technology, 3e editie, Band 12 (1984) pp. 492-517. Naast polymere materialen zijn ook keramische materialen geschikt voor de 25 vervaardiging van holle-vezelmembranen. Holle-vezelmembranen hebben een hoog specifiek oppervlak. Hierdoor is het mogelijk om volgens de uitvinding modules te vervaardigen met een beschikbaar oppervlak dat typisch tot 2000 a 4000 m2/m3 kan bedragen. Gebruikelijk hebben holle-vezelmembranen een buitendiameter van enige tienden van mm tot 30 maximaal 1 mm, waarbij de wanddikte doorgaans tussen de enige tientallen 1018720· 5 μπι tot honderden μιη bedraagt. De lengte van de holle-vezelmembranen kan in principe vrij gekozen worden en bedraagt bijvoorbeeld enige cm tot enige meters.Hollow fiber membranes are used according to the invention. Hollow fiber membranes are understood to be fibers known per se, which are usually manufactured by extrusion or spinning of a polymer. Hollow fiber membranes have a diameter of less than 1 mm. Suitable methods of manufacture are described, for example, in Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Band 12 (1984) pp. 492-517. In addition to polymeric materials, ceramic materials are also suitable for the manufacture of hollow-fiber membranes. Hollow fiber membranes have a high specific surface area. This makes it possible to manufacture modules according to the invention with an available surface area that can typically be up to 2000 to 4000 m2 / m3. Usually, hollow-fiber membranes have an outer diameter of a few tenths from mm to 30 at most 1 mm, the wall thickness usually being between the few tens of 1018720 · 5 μπι to hundreds of μιη. The length of the hollow-fiber membranes can in principle be chosen freely and amounts, for example, to a few cm to a few meters.
Geschikte materialen voor de holle-vezelmembranen zijn onder 5 andere nano- of ultrafiltratiemembraan vervaardigd uit polymeer materiaal, zoals polypropeen, waarbij op of in het polymeer ionogene groepen zijn aangebracht. Geschikte ionogene groepen zijn bijvoorbeeld sulfonzuurgroepen.Suitable materials for the hollow-fiber membranes include nano- or ultra-filtration membranes made of polymeric material, such as polypropylene, with ionic groups on or in the polymer. Suitable ionic groups are, for example, sulfonic acid groups.
Ook is het mogelijk om het holle-vezelmembraan te vervaardigen 10 uit een microporeus membraan, bijvoorbeeld een polymeer of keramisch materiaal, waarvan de poriën zijn gevuld met een ionogene substantie, bijvoorbeeld een substantie die sulfonzuurgroepen omvat.It is also possible to manufacture the hollow-fiber membrane from a microporous membrane, for example a polymer or ceramic material, the pores of which are filled with an ionic substance, for example a substance comprising sulphonic acid groups.
Ook is het mogelijk om holle-vezelmembranen te vervaardigen door uit te gaan van een polymeermatrix waarin kleine ionenwisselaardeeltjes 15 zijn aangebracht.It is also possible to manufacture hollow fiber membranes by starting from a polymer matrix in which small ion exchange particles are arranged.
Geschikt materiaal voor de holle-vezelmembranen voor toepassing in de uitvinding is ook Nafion™, een op sulfonzuur gebaseerd geperfluoroneerd polymeer.Nafion ™, a sulfonic acid-based perfluorinated polymer, is also a suitable material for the hollow-fiber membranes for use in the invention.
Combinaties van de bovengenoemde materialen zijn ook mogelijk. 20 De bovengenoemde materialen kunnen op bekende wijze worden verwerkt tot holle-vezelmembranen, bijvoorbeeld door grensvlak-polymerisatie of fase-inversie. Bij grensvlakpolymerisatie worden monomeren van twee kanten aangeboden. Deze komen met elkaar in contact op een grensvlak, alwaar de polymerisatie plaatsvindt. Deze 25 techniek wordt bijvoorbeeld beschreven in M.H.V. Mulder, "Basic Principles of Membrane Technology”, Kluwer Academie Publishers, Dordrecht (NL) 2e editie (1996), Hoofdstuk III.5.Combinations of the above materials are also possible. The above materials can be processed in a known manner into hollow-fiber membranes, for example by interfacial polymerization or phase inversion. Monomers from two sides are offered in interfacial polymerization. These come into contact with each other at an interface where the polymerization takes place. This technique is described, for example, in M.H.V. Mulder, "Basic Principles of Membrane Technology", Kluwer Academy Publishers, Dordrecht (NL) 2nd edition (1996), Chapter III.5.
Fase-inversie kan bijvoorbeeld worden toegepast bij spinnen. Er wordt uitgegaan van een oplossing van een polymeer. Hieruit wordt een 30 vezel gesponnen door de oplossing door een spinkop te leiden. In de spinkop 1018720· 6 wordt in het lumen van de vezel een middel ingebracht waarin het polymeer niet of slecht oplost (niet-oplosmiddel). De buitenzijde kan in contact worden gebracht met het niet-oplosmiddel door de vezel door een bak met het niet-oplosmiddel te leiden (zie bijvoorbeeld bovengenoemde publicatie van 5 M.H.V. Mulder, Hoofdstuk III.3).For example, phase inversion can be applied to spiders. A solution of a polymer is assumed. A fiber is spun from this by passing the solution through a spinning head. In the spinning head 1018720 · 6, an agent is introduced into the lumen of the fiber in which the polymer does not dissolve or does not dissolve well (non-solvent). The outside may be contacted with the non-solvent by passing the fiber through a container with the non-solvent (see, for example, the above-mentioned publication of 5 M.H.V. Mulder, Chapter III.3).
De holle-vezelmembranen volgens de uitvinding hebben bij voorkeur een uitwendige diameter van 0,25 - 1 mm, bij voorkeur van 0,3 -0,9 mm en een wanddikte van 0,04 mm - 1 mm, bij voorkeur van 0,05 - 0,2 mm. Het aantal holle-vezelmembranen dat wordt toegepast is afhankelijk 10 van de beoogde toepassing en in het bijzonder van de beoogde prestaties, bijvoorbeeld het beoogde elektrisch vermogen. Het elektrisch vermogen van een cel is min of meer evenredig met het totale beschikbare membraanoppervlak. Uitgaande van een zekere specificatie met betrekking tot bijvoorbeeld het gewenste vermogen, kan dus eenvoudig een cel worden 15 ontworpen.The hollow fiber membranes according to the invention preferably have an outer diameter of 0.25 - 1 mm, preferably of 0.3 - 0.9 mm and a wall thickness of 0.04 mm - 1 mm, preferably of 0.05 - 0.2 mm. The number of hollow-fiber membranes that is used depends on the intended application and in particular on the intended performance, for example the intended electrical power. The electrical power of a cell is more or less proportional to the total available membrane area. Therefore, starting from a certain specification with regard to, for example, the desired power, a cell can easily be designed.
Een cel kan gevormd worden door schakelen van meerdere modules, waarbij elke module bijvoorbeeld de vorm van een kubus kan hebben, waarbij een ribbe een lengte van bijvoorbeeld 5 cm tot bijvoorbeeld 1 m heeft. Het aantal holle-vezelmembranen zal dan enige tientallen tot 20 enige duizenden of meer bedragen.A cell can be formed by switching a plurality of modules, each module being, for example, in the form of a cube, a rib having a length of, for example, 5 cm to, for example, 1 m. The number of hollow-fiber membranes will then be a few tens to a few thousands or more.
De geleidende lagen welke aan weerszijden van de holle-vezelmembranen (aan de binnen en buitenzijde van de holle-vezelmembranen) worden aangebracht omvatten bijvoorbeeld metalen, grafiet en/of elektronengeleidende polymeren. Teneinde transport van ionen 25 mogelijk te maken dienen de geleidende lagen voor ionen (opgelost in een vloeistof of gas) doorlaatbaar te zijn. Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door de geleidende lagen te voorzien van perforaties of door deze uit te voeren in een vezelstructuur, bijvoorbeeld door toepassing van grafïetvilt. Ook kunnen de condities tijdens het aanbrengen van de laag 30 zodanig gekozen worden, dat deze laag intrinsiek poreus wordt opgebouwd.The conductive layers which are applied on either side of the hollow-fiber membranes (on the inside and outside of the hollow-fiber membranes) comprise, for example, metals, graphite and / or electron-conducting polymers. In order to enable ion transport 25, the conductive layers must be permeable to ions (dissolved in a liquid or gas). This can for instance be realized by providing the conductive layers with perforations or by carrying them out in a fiber structure, for example by using graphite felt. The conditions during the application of the layer 30 can also be chosen such that this layer is built up intrinsically porous.
1018720· 71018720 · 7
Het poreus uitvoeren van deze geleidende laag (door bijvoorbeeld de perforaties of door de vezelstructuur) heeft bovendien tot gevolg dat het oppervlak van deze laag, welke als elektrode fungeert, vergroot wordt. Hierdoor wordt een groter effectief oppervlak verkregen waarop of waaraan 5 de elektrodereacties kunnen plaatsvinden, waardoor een extra bijdrage aan het elektrisch vermogen en vermogensdichtheid van de cel wordt verkregen.Moreover, the porous design of this conductive layer (for example through the perforations or through the fiber structure) has the effect of increasing the surface area of this layer, which acts as an electrode. This results in a larger effective surface on which or on which the electrode reactions can take place, whereby an additional contribution to the electrical power and power density of the cell is obtained.
Ook is het mogelijk om de elektrisch geleidende laag zodanig uit te voeren, dat deze een materiaal omvat dat bijvoorbeeld katalytische eigenschappen bezit om bepaalde elektrodereacties te versnellen. Ook kan 10 de elektrisch geleidende laag worden voorzien van materialen welke juist een remmende werking hebben op bepaalde, ongewenste, reacties. Deze katalytische of remmende materialen kunnen worden toegevoegd aan het uitgangsmateriaal van de elektrisch geleidende laag of hierop apart worden aangebracht als de elektrisch geleidende laag reeds is aangebracht.It is also possible to design the electrically conductive layer in such a way that it comprises a material which, for example, has catalytic properties to accelerate certain electrode reactions. The electrically conductive layer can also be provided with materials which on the contrary have an inhibitory effect on certain, undesired reactions. These catalytic or inhibiting materials can be added to the starting material of the electrically conductive layer or applied separately thereto if the electrically conductive layer has already been applied.
15 Voorbeelden van geschikte materialen met katalytische eigenschappen voor dit doel zijn Pt, Pd, een legering van Cu en Pd. Deze kunnen worden toegepast om bijvoorbeeld de oxidatie van nitriet naar nitraat te katalyseren.Examples of suitable materials with catalytic properties for this purpose are Pt, Pd, an alloy of Cu and Pd. These can be used, for example, to catalyze the oxidation of nitrite to nitrate.
De elektrisch geleidende laag kan op weerszijden van het 20 membraan (bijvoorbeeld op de binnen- en buitenzijde van holle- vezelmembranen) worden aangebracht door gebruik te maken van bekende technieken.The electrically conductive layer can be applied on either side of the membrane (for example on the inside and outside of hollow fiber membranes) by using known techniques.
De laag of lagen kunnen bijvoorbeeld worden aangebracht door een geleidende plaat of folie aan weerszijden van het membraan aan te brengen 25 (bijvoorbeeld rondom en/of in holle vezels).The layer or layers can for instance be applied by applying a conductive plate or foil on either side of the membrane (for example all around and / or in hollow fibers).
Ook kan een elektronengeleidend materiaal of een precursor daarvan opgedampt worden vanuit de gasfase.An electron-conducting material or a precursor thereof can also be vapor-deposited from the gas phase.
Ook kan het elektronengeleidende materiaal (of een precursor daarvan) worden aangebracht op het membraanoppervlak door dit 1018720· 8 materiaal te precipiteren vanuit een vloeistoffase, bijvoorbeeld met behulp van sol-gel-methoden of door middel van natte impregnatie.The electron-conducting material (or a precursor thereof) can also be applied to the membrane surface by precipitating this material from a liquid phase, for example by means of sol-gel methods or by means of wet impregnation.
Indien wordt uitgegaan van een precursor, dient de aldus aangebrachte precursor te worden omgezet in de elektrisch geleidende laag 5 door een geschikte fysische en/of chemische behandeling, bijvoorbeeld door een temperatuurbehandeling of door de precursor in contact te brengen met een reagens, zoals een reducerend gas of een reducerende oplossing of vloeistof (bijvoorbeeld hydrazine).If a precursor is used as a starting point, the precursor thus applied must be converted into the electrically conductive layer 5 by suitable physical and / or chemical treatment, for example by a temperature treatment or by bringing the precursor into contact with a reagent, such as a reducing agent. gas or a reducing solution or liquid (e.g. hydrazine).
Het heeft de voorkeur indien de werkwijze volgens de uitvinding 10 zodanig wordt uitgevoerd, dat men ten minste een van gasvormige of vloeibare fase met reactanten/reactieproducten (zoals elektrolyten) door de ruimte waarin deze aanwezig is laat stromen. Op deze wijze kan worden bereikt dat een der fasen uit een opslagvat naar de ruimte laat stromen, bijvoorbeeld door rondpompen van de elektrolyt. Wanneer het systeem als 15 accu wordt bedreven kan op deze wijze een zekere capaciteit gekozen worden door de afmetingen van onder meer het opslagvat.It is preferred if the process according to the invention is carried out such that at least one of gaseous or liquid phase with reactants / reaction products (such as electrolytes) is allowed to flow through the space in which it is present. In this way it can be achieved that one of the phases flows from a storage vessel to the space, for example by circulating the electrolyte. When the system is operated as a battery, a certain capacity can be selected in this way due to the dimensions of, inter alia, the storage vessel.
Wanneer het systeem als brandstofcel wordt ingezet, is het doorgaans nodig om bijvoorbeeld de gasvormige reactanten extern te betrekken en door een van de ruimten te leiden.When the system is used as a fuel cell, it is usually necessary, for example, to involve the gaseous reactants externally and to guide them through one of the spaces.
20 Ook is het mogelijk, dat beide fasen (bijvoorbeeld elektrolyten) door hun respectieve ruimten stromen. Op deze wijze kan een goede elektronenoverdracht tussen de twee elektrolyten worden verkregen. De stromingsrichtingen van de fasen kunnen zodanig zijn, dat de ene fase de andere in hoofdzaak transversaal aanstroomt (in hoofdzaak loodrecht op 25 elkaar gericht zijn), zoals het geval is in de uitvoeringsvorm weergegeven in Fig. 1. In deze figuur geven de pijlen de stromingsrichting van de elektrolyten aan. De eerste fase (Elektrolyt 1) stroomt aan de mantelzijde van een bundel holle-vezelmembranen in een richting die in hoofdzaak loodrecht staat op de lengterichting van de holle-vezelmembranen in de 30 bundel, zodat de bundel transversaal wordt aangestroomd. De tweede fase 1018720· 9 (Elektrolyt 2) stroomt daarbij door de lumenzijde van de afzonderlijke holle-vezelmembranen.It is also possible that both phases (for example electrolytes) flow through their respective spaces. In this way a good electron transfer between the two electrolytes can be obtained. The directions of flow of the phases can be such that one phase flows into the other substantially transversely (substantially perpendicularly to each other), as is the case in the embodiment shown in FIG. 1. In this figure the arrows indicate the flow direction of the electrolytes. The first phase (Electrolyte 1) flows on the mantle side of a bundle of hollow-fiber membranes in a direction that is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the hollow-fiber membranes in the bundle, so that the bundle is flowed transversely. The second phase 1018720 · 9 (Electrolyte 2) then flows through the lumen side of the individual hollow-fiber membranes.
Het transversaal aanstromen geeft een goede stofoverdracht aan het buitenoppervlak van de holle membranen. Hierdoor worden de 5 grenslagen aan het oppervlak dunner, waardoor er per tijdseenheid meer ionen kunnen worden aangevoerd. Hierdoor wordt een verhoogde vermogensdichtheid verkregen. Aan de lumenzijde is de stofoverdracht niet extra verhoogd. Om deze reden verdient het de voorkeur om van de twee elektrode re acties die in de cel aan weerszijden van het membraan 10 plaatsvinden, degene die het meest diffusie gelimiteerd is plaats te laten vinden aan de mantelzijde.Transversal inflow gives good dust transfer to the outer surface of the hollow membranes. As a result, the boundary layers on the surface become thinner, so that more ions can be supplied per unit of time. This results in an increased power density. On the lumen side, the dust transfer is not increased extra. For this reason, it is preferable that of the two electrode reactions that take place in the cell on either side of the membrane 10, the one that is most diffused is limited on the lateral side.
Teneinde continue stroming te verkrijgen, kan de houder op geschikte plaatsen worden uitgevoerd met aan en afvoerpunten, zodanig, dat een of twee afzonderlijke circulatiecircuits van de fasen (elektrolyten 1 15 en 2) worden verkregen. Een geschikte module voor het uitvoeren van deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij de stromingsrichting van de fasen in hoofdzaak loodrecht op elkaar gericht zijn, is beschreven in US-A-6 103 118. Ook wordt in deze publicatie de vervaardiging van dergelijke modules beschreven.In order to obtain continuous flow, the container can be designed at suitable locations with supply and discharge points such that one or two separate circulation circuits of the phases (electrolytes 1 and 2) are obtained. A suitable module for carrying out this embodiment of the method according to the invention, wherein the direction of flow of the phases are directed substantially perpendicular to each other, is described in US-A-6 103 118. This publication also describes the manufacture of such modules described.
20 Het is ook mogelijk om de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen in modules met holle-vezelmembranen, waarbij de stromingsrichtingen van de fasen in hoofdzaak evenwijdig zijn. Hiertoe kan bijvoorbeeld een configuratie gekozen worden welke gebruikelijk ook wel bij warmtewisselaars van het zgn. shell/tube-type wordt toegepast. Bij 25 voorkeur wordt deze uitvoeringsvorm zodanig uitgevoerd, dat de stromingsrichting van de twee fasen tegengesteld is.It is also possible to use the method according to the invention in modules with hollow-fiber membranes, the flow directions of the phases being substantially parallel. For this purpose, for example, a configuration can be chosen which is usually also used with heat exchangers of the so-called shell / tube type. This embodiment is preferably embodied such that the direction of flow of the two phases is opposite.
Een inrichting voor het uitvoeren van een elektrochemische reactie in gasvormige of opgeloste toestand volgens de uitvinding, omvat een houder met daarin holle-vezelmembranen, waarbij het materiaal van de 30 wanden van de holle membranen ionogene groepen omvat, waarin een 1018720« 10 eerste ruimte wordt gedefinieerd door de houder en de buitenzijde van de holle-vezelmembranen, en een tweede ruimte wordt gedefinieerd door ten minste de binnenzijde van genoemde holle-vezelmembranen, waarbij ten minste een der holle-vezelmembranen aan het binnen- en buitenoppervlak 5 is bedekt met een voor ionen of gas doorlaatbare elektronengeleidende laag, zodanig, dat genoemde lagen aan de ene zijde van het holle-vezelmembraan een eerste elektrisch contact vormen en de lagen aan de andere zijde van het holle-vezelmembraan een tweede elektrisch contact vormen.An apparatus for carrying out an electrochemical reaction in gaseous or dissolved state according to the invention comprises a container with hollow-fiber membranes therein, the material of the walls of the hollow membranes comprising ionic groups in which a first space becomes 1018720. defined by the container and the outside of the hollow fiber membranes, and a second space is defined by at least the inside of said hollow fiber membranes, wherein at least one of the hollow fiber membranes is covered on the inner and outer surface with a front ions or gas-permeable electron-conducting layer, such that said layers form a first electrical contact on one side of the hollow fiber membrane and the layers on the other side of the hollow fiber membrane form a second electrical contact.
Met een dergelijke inrichting kunnen de bovengenoemde 10 werkwijzen worden uitgevoerd. Een dergelijke inrichting kan worden verkregen door de volgende stappen uit te voeren: - het brengen van holle-vezelmembranen in een houder zodanig, dat de bovengenoemde ruimten ontstaan, waarbij elke ruimte een of meer aan- en/of afvoeren voor gas of vloeistof heeft, welke ruimten in hoofdzaak 15 gas- of vloeistofdicht van elkaar gescheiden zijn; - het aanbrengen van een gasvormige, vloeibare of opgeloste precursor voor de elektrisch geleidende laag in elk van de ruimten, zodanig, dat deze de wanden van de holle membranen bedekt; - het uitvoeren van een chemische of fysische omzetting waarbij 20 genoemde precursor wordt omgezet in de elektrisch geleidende laag.The above-mentioned methods can be carried out with such a device. Such a device can be obtained by performing the following steps: - introducing hollow-fiber membranes into a container such that the above-mentioned spaces are created, each space having one or more gas and liquid supply and / or outlets, which spaces are substantially gas-tight or liquid-tightly separated from each other; - applying a gaseous, liquid or dissolved precursor for the electrically conductive layer in each of the spaces such that it covers the walls of the hollow membranes; - performing a chemical or physical conversion wherein said precursor is converted into the electrically conductive layer.
De eerste stap, het brengen van holle membranen, in het bijzonder van holle-vezelmembranen, in een houder, kan geschikt worden uitgevoerd zoals beschreven in US-A-6 103 118. Een bundel holle-vezelmembranen wordt gepositioneerd in de houder en een zgn. potting wordt aangebracht, 25 door een materiaal te gieten gebruikmakend van een mal met geschikte vormen en het materiaal vervolgens te laten uitharden. De potting zorgt voor de afdichting tussen de twee ruimten, zodat er geen menging van de elektrolyten kan optreden en dient uiteraard elektrisch niet geleidend te zijn.The first step, introducing hollow membranes, in particular hollow fiber membranes, into a container can suitably be carried out as described in US-A-6 103 118. A bundle of hollow fiber membranes is positioned in the container and a so-called potting is applied by casting a material using a mold of suitable shapes and then allowing the material to cure. The potting provides the seal between the two spaces, so that no mixing of the electrolytes can occur and should of course not be electrically conductive.
nt872MInt872MI
1111
Door de bovengenoemde werkwijze voor het vervaardigen van de cellen volgens de uitvinding worden de holle-vezelmembranen zowel aan de binnenzijde als aan de buitenzijde van een uniforme coating van precursor voorzien, welke coatings vervolgens elk worden omgezet in de elektrisch 5 geleidende laag, zonder dat deze elektrische lagen met elkaar in contact zijn, dat wil zeggen zonder dat er gevaar voor kortsluiting tussen de elektroden aan de lumenzijde en de mantelzijde ontstaat. Doordat de precursorlaag uniform is, is de resulterende elektrisch geleidende laag over vrijwel het gehele oppervlak van de respectieve ruimten (lumenzijde, dan 10 wel de mantelzijde) aanwezig en voorziet zo in een elektrisch contact, dat zich over het gehele binnenoppervlak en buitenoppervlak van de holle-vezelmembranen kan uitstrekken.De elektrisch geleidende laag bedekt derhalve ook het gedeelte van de potting en het gedeelte van de binnenzijde van de houder aan de lumenzijde, alsmede het gedeelte van de potting en 15 het gedeelte van de binnenzijde van de houder aan de mantelzijde.By the above-mentioned method for manufacturing the cells according to the invention, the hollow-fiber membranes are provided with a uniform coating of precursor both on the inside and on the outside, which coatings are then each converted into the electrically conductive layer, without this electrical layers are in contact with each other, i.e. without the risk of a short circuit between the electrodes on the lumen side and the lateral side. Because the precursor layer is uniform, the resulting electrically conductive layer is present over almost the entire surface of the respective spaces (lumen side or the cladding side) and thus provides an electrical contact which extends over the entire inner surface and outer surface of the hollow The electrically conductive layer therefore also covers the portion of the potting and the portion of the inside of the container on the lumen side, as well as the portion of the potting and the portion of the inside of the container on the lateral side.
Als precursor kan een metaalzout, dat in oplossing is worden toegepast. Het metaalion in deze oplossing wordt vervolgens omgezet in het corresponderende metaal, zodat de resulterende elektrische geleidende laag dit metaal omvat.A metal salt that is in solution can be used as a precursor. The metal ion in this solution is then converted to the corresponding metal, so that the resulting electrically conductive layer comprises this metal.
20 De omzetting van de precursor in het metaal kan bijvoorbeeld geschieden door toepassing van een reducerend middel, zoals bijvoorbeeld waterstofgas of hydrazine. Geschikte precursormaterialen zijn bijvoorbeeld palladium-, platina- of zilverzouten, zoals de chloriden van deze metalen.The conversion of the precursor into the metal can be effected, for example, by using a reducing agent, such as, for example, hydrogen gas or hydrazine. Suitable precursor materials are, for example, palladium, platinum or silver salts, such as the chlorides of these metals.
De uitvinding kan worden toegepast voor uiteenlopende 25 elektrochemische reacties in gasvormige of opgeloste toestand. Bijvoorbeeld voor de opslag van en het vervolgens produceren van elektriciteit, voor de opwekking van elektriciteit uit een brandstofmengsel (brandstofcel), of voor elektrolyse (bijvoorbeeld de omzetting van water in waterstof en zuurstof). De redoxreacties die kunnen worden uitgevoerd kunnen bijvoorbeeld (1018720· 12 reacties zijn waarbij het koppel eerste elektrolyt / tweede elektrolyt wordt gekozen uit de redoxkoppels: een koppel dat gevormd wordt door twee oplossingen welke ieder kationen met een verschil in valentie van tenminste 1, omvatten, 5 waarbij elk van deze oplossingen dezelfde of verschillende kationen omvatten, een koppel dat gevormd wordt door twee oplossingen welke ieder anionen met een verschil in valentie van tenminste 1, omvatten, waarbij elk van deze oplossingen dezelfde of verschillende anionen 10 omvatten, gasvormig koolwaterstof / zuurstof, gasvormig waterstof / zuurstof.The invention can be used for a variety of electrochemical reactions in gaseous or dissolved state. For example, for storing and subsequently producing electricity, for generating electricity from a fuel mixture (fuel cell), or for electrolysis (for example, the conversion of water into hydrogen and oxygen). The redox reactions that can be carried out can be for example (1018720 · 12 reactions where the first electrolyte / second electrolyte couple is selected from the redox couples: a couple formed by two solutions, each of which comprises cations with a difference in valence of at least 1, 5 wherein each of these solutions comprises the same or different cations, a couple formed by two solutions, each comprising anions with a difference in valence of at least 1, each of these solutions comprising the same or different anions, gaseous hydrocarbon / oxygen , gaseous hydrogen / oxygen.
Indien oplossingen van kationen of anionen worden toegepast, is het genoemde verschil in valentie bij voorkeur ten minste 2, omdat dan een 15 hogere energiedichtheid kan worden verkregen.If solutions of cations or anions are used, the said difference in valence is preferably at least 2, because a higher energy density can then be obtained.
De ionen welke zich aan weerszijden van het membraan bevinden (bijvoorbeeld aan de lumen- en mantelzijde) kunnen hetzelfde zijn, (bijvoorbeeld Fe2+ -» Fe3+ aan de lumenzijde en de omgekeerde reactie aan de mantelzijde) of verschillend (bijvoorbeeld Fe2+ —» Fe3+ aan de lumenzijde 20 en V5+ -» V4+ aan de mantelzijde).The ions located on either side of the membrane (for example on the lumen and mantle side) can be the same (for example Fe2 + - »Fe3 + on the lumen side and the reverse reaction on the mantle side) or different (for example Fe2 + -» Fe3 + on the lumen side 20 and V5 + - »V4 + on the lateral side).
De uitvinding kan worden toegepast bij (grootschalige) opslag van elektriciteit, bijvoorbeeld voor het ondersteunen van de piekbelasting van elektriciteitcentrales. Hierbij wordt elektriciteit opgeslagen tijdens daluren en geproduceerd tijdens piekuren. Dit levert een aanmerkelijk 25 kostenvoordeel op. Voor het ondersteunen van de piekbelasting van elektriciteitcentrales kan de werkwijze of de inrichting volgens de uitvinding ter plaatse van de elektriciteitscentrale kan worden ingezet maar ook bij de afnemers, bijvoorbeeld huishoudens. Ook kan de uitvinding worden toegepast in de automobielindustrie, waarbij de inrichting en 30 werkwijze volgens de uitvinding bijvoorbeeld wordt toegepast in plaats van 1018720« 13 een conventionele accu. Ook is het mogelijk om een of twee van de elektrolyten te verversen door deze te “tanken” bij bijvoorbeeld een tankstation.The invention can be applied to (large-scale) storage of electricity, for example for supporting the peak load of power plants. Electricity is stored during off-peak hours and produced during peak hours. This provides a substantial cost benefit. To support the peak load of power plants, the method or the device according to the invention can be used at the power plant site but also at the customers, for example households. The invention can also be applied in the automotive industry, wherein the device and method according to the invention is used, for example, instead of a conventional battery. It is also possible to refresh one or two of the electrolytes by "refueling" them at, for example, a gas station.
Een ander voorbeeld is de toepassing als elektrochemische 5 zuurstofpomp, welke kan worden gebruikt om een zuurstofarme omgeving te creëeren (bijvoorbeeld in de voedingsmiddelenindustrie). Hierbij wordt zuurstof uit de lucht welke verarmd dient te worden aan de kathode omgezet volgens: 1/2 02 + 2e- + 2H+ -> H20, 10 terwijl aan de anode zuurstof wordt geproduceerd volgens: H20 —> 2H+ + 1/2 02 +2e~.Another example is the application as an electrochemical oxygen pump, which can be used to create a low-oxygen environment (for example in the food industry). Hereby oxygen from the air which is to be depleted is converted at the cathode according to: 1/2 02 + 2e + 2H + -> H2 O, while oxygen is produced at the anode according to: H2 O -> 2H + + 1/2 02 + 2nd ~.
Een belangrijk voordeel is, dat volgens de uitvinding snel kan worden geschakeld tussen opslaan en produceren van elektriciteit. Bij toepassing in vervoermiddelen kan dit worden aangewend om bijvoorbeeld 15 remenergie op te slaan, waarna het systeem direct kan omschakelen als elektriciteit geproduceerd moet worden, bijvoorbeeld voor het aandrijven van een elektromotor teneinde beter te kunnen accelereren.An important advantage is that, according to the invention, it is possible to switch quickly between storing and producing electricity. When used in means of transport this can be used, for example, to store braking energy, after which the system can immediately switch over if electricity is to be produced, for example for driving an electric motor in order to be able to accelerate better.
Een andere mogelijke toepassing is in bet gebied van industriële processen, welke bij opstarten vaak een aanzienlijke piekbelasting aan 20 elektriciteit vergen, terwijl eenmaal in bedrijf de belasting van het elektriciteitsnet aanmerkelijk lager is. De inrichting en werkwijze volgens de uitvinding kunnen hier eveneens bijdragen in het opvangen van de piekbelasting.Another possible application is in the field of industrial processes, which often require a considerable peak load of electricity at start-up, while once in operation the load of the electricity grid is considerably lower. The device and method according to the invention can here also contribute to absorbing the peak load.
Doordat de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding niet 25 afhankelijk zijn van vaste elektrolyten, wordt een compact en flexibel systeem verkregen, in het bijzonder wanneer dit wordt toegepast voor elektriciteitsopslag. Bij toepassing in accu’s kan er volgens de uitvinding snel worden omgeschakeld tussen laden en afnemen van elektriciteit, zonder dat dit leidt tot bijvoorbeeld het ‘geheugeneffect’, welk probleem \ 30 kenmerkend is voor accu’s met vaste elektroden.Because the method and device according to the invention are not dependent on solid electrolytes, a compact and flexible system is obtained, in particular when it is used for electricity storage. When used in batteries, according to the invention it is possible to switch quickly between charging and taking electricity, without this leading to, for example, the "memory effect", which problem is characteristic of batteries with fixed electrodes.
1018720e 141018720e 14
Volgens de uitvinding wordt een cel verkregen met een hoog rendement. De onderstaande tabel toont een vergelijking tussen een aantal relevante grootheden, welke met een accu volgens de uitvinding worden verkregen en dezelfde grootheden welke volgens een conventionele accu met 5 vloeibare elektrolyten worden verkregen.According to the invention, a cell is obtained with a high efficiency. The table below shows a comparison between a number of relevant quantities that are obtained with a battery according to the invention and the same quantities that are obtained with a conventional battery with liquid electrolytes.
accu volgens conventionele uitvinding accu specifiek vermogen W/kg £ 400 < 200 vermogensdichtheid W/dm3 > 600 < 300 energie-inhoud Wh/kg > 200 ^ 100 energiedichtheid Wh/dm3 £ 400 < 200 1018720* 15 1. houder 2. potting 3. metaal-gecoat membraan; mantelzijde 4. metaal-gecoat membraan; lumenzijde 5. mantelzijde stroomcollector 6. lumenzijde stroomcollector 7. connector (+) 8. connector (-)battery according to conventional invention battery specific power W / kg £ 400 <200 power density W / dm3> 600 <300 energy content Wh / kg> 200 ^ 100 energy density Wh / dm3 £ 400 <200 1018720 * 15 1. holder 2. potting 3 metal-coated membrane; jacket side 4. metal-coated membrane; lumen side 5. mantle side current collector 6. lumen side current collector 7. connector (+) 8. connector (-)
9. AV9. AV
10. elektrolyt 1 IN10. electrolyte 1 IN
11. elektrolyt 1 UIT11. electrolyte 1 OFF
12. elektrolyt 2 IN ,13. elektrolyt 2 UIT12. electrolyte 2 IN, 13. electrolyte 2 OFF
Claims (14)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1018720A NL1018720C2 (en) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes. |
| PCT/NL2002/000532 WO2003015207A2 (en) | 2001-08-07 | 2002-08-07 | Electrochemical cell on the basis of hollow-fiber membranes |
| AU2002319972A AU2002319972A1 (en) | 2001-08-07 | 2002-08-07 | Electrochemical cell on the basis of hollow-fiber membranes |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1018720 | 2001-08-07 | ||
| NL1018720A NL1018720C2 (en) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1018720C2 true NL1018720C2 (en) | 2003-02-24 |
Family
ID=19773844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1018720A NL1018720C2 (en) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2002319972A1 (en) |
| NL (1) | NL1018720C2 (en) |
| WO (1) | WO2003015207A2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0812486D0 (en) | 2008-07-08 | 2009-04-29 | Bae Systems Plc | Electrical Power Sources |
| DE102010034246B4 (en) * | 2010-08-13 | 2014-09-18 | Thomas Seiler | Method for loading and unloading a compressed gas storage |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3228797A (en) * | 1961-06-16 | 1966-01-11 | Dow Chemical Co | Gaseous fuel cell and process of gaseous fuel cell operation |
| US3351487A (en) * | 1963-11-06 | 1967-11-07 | Dow Chemical Co | Process for plating permeable membrane |
| US3944485A (en) * | 1973-05-23 | 1976-03-16 | California Institute Of Technology | Ion-exchange hollow fibers |
| US4420544A (en) * | 1981-10-02 | 1983-12-13 | California Institute Of Technology | High performance methanol-oxygen fuel cell with hollow fiber electrode |
| WO1999034464A2 (en) * | 1997-12-28 | 1999-07-08 | Klaus Rennebeck | Fuel cell unit |
| WO1999045172A1 (en) * | 1998-03-01 | 1999-09-10 | Klaus Rennebeck | Method and device for obtaining synthesis gas |
| DE19820533A1 (en) * | 1998-05-08 | 1999-12-02 | Klaus Rennebeck | Recuperative anode and cathode-carrier-electrolyte conditioning process |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5611898A (en) * | 1994-12-08 | 1997-03-18 | International Business Machines Corporation | Reaction chamber having in situ oxygen generation |
-
2001
- 2001-08-07 NL NL1018720A patent/NL1018720C2/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-08-07 AU AU2002319972A patent/AU2002319972A1/en not_active Abandoned
- 2002-08-07 WO PCT/NL2002/000532 patent/WO2003015207A2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3228797A (en) * | 1961-06-16 | 1966-01-11 | Dow Chemical Co | Gaseous fuel cell and process of gaseous fuel cell operation |
| US3351487A (en) * | 1963-11-06 | 1967-11-07 | Dow Chemical Co | Process for plating permeable membrane |
| US3944485A (en) * | 1973-05-23 | 1976-03-16 | California Institute Of Technology | Ion-exchange hollow fibers |
| US4420544A (en) * | 1981-10-02 | 1983-12-13 | California Institute Of Technology | High performance methanol-oxygen fuel cell with hollow fiber electrode |
| WO1999034464A2 (en) * | 1997-12-28 | 1999-07-08 | Klaus Rennebeck | Fuel cell unit |
| WO1999045172A1 (en) * | 1998-03-01 | 1999-09-10 | Klaus Rennebeck | Method and device for obtaining synthesis gas |
| DE19820533A1 (en) * | 1998-05-08 | 1999-12-02 | Klaus Rennebeck | Recuperative anode and cathode-carrier-electrolyte conditioning process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2003015207A3 (en) | 2003-12-04 |
| AU2002319972A1 (en) | 2003-02-24 |
| WO2003015207A2 (en) | 2003-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7488547B1 (en) | Fuel cell, components and systems | |
| US6444339B1 (en) | Microcell electrochemical device assemblies with thermal management subsystem, and method of making and using the same | |
| CN108292772B (en) | Bipolar plate and redox flow battery comprising same | |
| US6338913B1 (en) | Double-membrane microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same | |
| AU2004202981B2 (en) | Microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same | |
| EP2274781B1 (en) | Electrochemical cell, and particularly a metal fueled cell with non-parallel flow | |
| US7432013B2 (en) | Secondary battery and method of generating electric power | |
| US9537169B2 (en) | Electrochemical device comprising composite bipolar plate and method of using the same | |
| US20130189592A1 (en) | Part solid, part fluid and flow electrochemical cells including metal-air and li-air battery systems | |
| KR20190113791A (en) | Flow-by electrode unit and its use, redox flow battery system and use thereof, method of manufacturing flow-by electrode unit, and method of operating redox flow battery system | |
| EP2792398B1 (en) | Device for permeation of carbon dioxide and method for transport of carbon dioxide | |
| US6403517B1 (en) | System and process for manufacturing microcell electrochemical devices and assemblies | |
| US20070231669A1 (en) | Design of fuel cell and electrolyzer for small volume, low cost and high efficiency | |
| WO2006110780A2 (en) | Production of low temperature electrolytic hydrogen | |
| JP2017145187A (en) | Electrochemical type hydrogen pump | |
| US6403248B1 (en) | Microcell electrochemical devices assemblies with water management subsystem, and method of making and using the same | |
| JP2024505578A (en) | COx electrolysis cell flow field and gas diffusion layer | |
| WO2011047441A1 (en) | Recombinator for flowing electrolyte battery | |
| NL1018720C2 (en) | Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes. | |
| CN113767491A (en) | Redox flow battery | |
| KR20030014895A (en) | Portable fuel cell system | |
| NL1029544C2 (en) | Biological fuel cell. | |
| KR102244179B1 (en) | Redox flow cell comprising cellulose | |
| KR20240085194A (en) | Method for post-treating polybenzimidazole-based separator for secondary battery and post-treated polybenzimidazole-based separator | |
| CN118173795A (en) | Fuel cell and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20060301 |