專利名稱：基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及電解器的領(lǐng)域，且更特定地涉及基于高壓質(zhì)子交換膜的電解器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電解器借助電的通過，通常通過將化合物分解為元素或更簡單的產(chǎn)物，而將豐富 量的化學(xué)物轉(zhuǎn)化為更珍貴的物質(zhì)。基于質(zhì)子交換膜的水電解器(或基于PEM的水電解器) 是這樣的系統(tǒng)，其中水在氧化電極或電池陽極處被氧化以產(chǎn)生氧氣，從而釋放氫離子或質(zhì) 子，和電子。氫離子在跨過電池施加的電場的作用下通過固體聚合物電解質(zhì)從電池陽極遷 移到電池陰極，或氫電極，而電子由直流(DC)電源轉(zhuǎn)移到陰極。質(zhì)子和電子在電池陰極處 再組合以產(chǎn)生氫。氧和氫以與施加的電池電流成比例的速度按化學(xué)計(jì)量比而生成，即每一 體積單位的氧對應(yīng)兩體積單位的氫。高壓水電解器可以在足以用于存儲的壓力(高達(dá)或超 過10000磅每平方英寸)下生成氫氣和氧氣，無需機(jī)械壓縮。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)可以包括具有內(nèi) 部區(qū)域和水入口的外電極；聯(lián)接在外電極的另一個(gè)部分內(nèi)的氣體出口 ；聯(lián)接在內(nèi)部區(qū)域內(nèi) 且通過直流電源電聯(lián)接到外電極的中心電極；具有多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)圍 繞中心電極螺旋纏繞的膜電極組件，其中所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的最內(nèi)部的一個(gè)可以電 聯(lián)接到中心電極且其中多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的最外部的一個(gè)可以電聯(lián)接到外電極；和圍繞 中心電極纏繞且聯(lián)接到中心電極和外電極的非導(dǎo)體分隔件，非導(dǎo)體隔膜防止多個(gè)質(zhì)子交換 膜電池之間的電接觸。當(dāng)外電極是陰極時(shí)中心電極可以是陽極，或替代地中心電極可以是 陰極而外電極是陽極。 在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，大體上如上所述的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器 系統(tǒng)也可以包括另外的結(jié)構(gòu)，所述另外的結(jié)構(gòu)通過重力分層將基于高壓質(zhì)子交換膜的水電 解器內(nèi)所生成的氫氣和氧氣在其離開系統(tǒng)前分離。 本發(fā)明的其他示例性的實(shí)施例將從下文中提供的詳細(xì)描述中變得顯見。應(yīng)理解的 是詳細(xì)描述和具體例子雖然公開本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但僅意圖于闡述目的而不意圖于 限制本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明的示例性實(shí)施例將從詳細(xì)描述和附圖中變得更完整地理解，各圖為
圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的剖面圖；
圖2是圖1的容器沿線2-2截取的截面視圖；
圖3是圖2的膜電極組件在鋪開和展開位置的透視圖； 圖4是根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的剖面
6圖； 圖5是根據(jù)圖1或圖4的任一示例性實(shí)施例的包括基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的電動車輛的平面圖。
具體實(shí)施例方式
如下的實(shí)施例(多個(gè)實(shí)施例)的描述僅在本質(zhì)上是示例性的(說明性的)，且不意圖于限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。 首先參考圖1至圖3，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)10可以包括壓力容器缸或稱外電極12，該外電極12具有水入口 14和氣體出口 16。水位傳感器19也可以結(jié)合在容器10內(nèi)，指示外電極12的內(nèi)部部分20內(nèi)的水位。水位傳感器19與水入口 14的止回閥部分通信，以將其在打開位置和關(guān)閉位置之間移動，以當(dāng)傳感器19指示內(nèi)部部分20內(nèi)的水位過低時(shí)允許水通過水入口 14進(jìn)入內(nèi)部部分。
系統(tǒng)10也可以包括傳導(dǎo)的中心柱或稱中心電極18，該中心電極18部分地容納在外電極12的內(nèi)部部分20內(nèi)且通過絕緣的饋通部分22延伸到系統(tǒng)10的外側(cè)。外電極12和中心電極18可以是陽極電極或陰極電極，其中當(dāng)中心電極18是陰極電極時(shí)外電極12是陽極電極，且其中當(dāng)中心電極18是陽極電極時(shí)外電極12是陰極電極。外電極12和中心電極18可以各通過直流(DC)電源11相互電聯(lián)接。外電極12和中心電極18因此形成DC電源ll的正極端子和負(fù)極端子。 如在圖2中最佳地示出，膜電極組件或MEA 38可以在外電極12的內(nèi)部20內(nèi)圍繞中心電極18纏繞。也在圖2中最佳地示出不可滲透的分隔件層40，該分隔件層40可以單獨(dú)地圍繞外電極的內(nèi)部20內(nèi)的中心電極18纏繞，且可以聯(lián)接到中心電極18和外電極12兩者。不可滲透分隔件層40可以幫助防止MEA 38的遠(yuǎn)程部分之間的電接觸，該分隔件層螺旋纏繞MEA38的遠(yuǎn)程部分且因此靠近所述遠(yuǎn)程部分。不可滲透分隔件層40暗含地也可以大體上防止水或氧氣或氫氣或氫離子通過它的流動。 雖然MEA 38和不可滲透分隔件層40在圖2中都示出為以逆時(shí)針方向從中心電極18纏繞到外電極12，但也可以利用從中心電極18到外電極12的順時(shí)針方向。
如在圖3中最佳地示出，MEA 38可以由一系列電連接的質(zhì)子交換膜(PEM)電池30形成，所述質(zhì)子交換膜(PEM)電池30以交替的方式聯(lián)接在PEM膜36的相對側(cè)23、33上。每個(gè)PEM電池30可以包括陽極電極32和陰極電極34，它們相互之間以間隙27分開。
在膜36的一側(cè)23或另一側(cè)33上每個(gè)PEM電池30與相鄰的PEM電池30以間隙43分開。另外，每個(gè)PEM電池30可以通過橫過間隙43的電接線25而電聯(lián)接到位于PEM膜36的相同側(cè)23或33上的相鄰的PEM電池30。 當(dāng)中心電極18是陽極電極時(shí)，如在圖3中示出，最內(nèi)側(cè)PEM電池30的陽極電極34A電聯(lián)接到中心電極18，且最外側(cè)PEM電池30的陰極電極32B電聯(lián)接到外電極12(外電極12是陰極電極)，以完成回路。 相反地，在可以想到但本文未示出的相反的布置中，當(dāng)中心電極18是陰極電極且外電極12是陽極電極時(shí)，最內(nèi)側(cè)PEM電池30的陰極電極32電聯(lián)接到中心電極18，而最外側(cè)PEM電池30的陽極電極34電聯(lián)接到外電極12，以完成回路。 電極(陰極電極32、32B和陽極電極34、34A)可以是催化劑層，該催化劑層可以包括催化劑微粒和離子傳導(dǎo)材料，例如與微?；旌系膫鲗?dǎo)質(zhì)子的離聚物。質(zhì)子傳導(dǎo)材料可以是離聚物，例如全氟磺酸聚合物。催化劑材料可以包括金屬，例如鉑、鈀，和金屬混合物，例如鉑和鉬、鉑和鈷、鉑和釕、鉑和鎳、鉑和錫、其他的鉑過渡金屬合金，以及本領(lǐng)域中已知的其它燃料電池電催化劑。催化劑金屬可以按需要被磨碎。 多種不同類型的膜可以用于本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的多種實(shí)施例中有用的固體聚合物電解質(zhì)膜可以是離子傳導(dǎo)材料。合適的膜的例子在美國專利No 4， 272， 353和No3， 134， 689中披露，且在Journal of PowerSources，第28期(1990) ， 367-387頁中披露。這樣的膜也已知為離子交換樹脂膜。樹脂包括處于其聚合物結(jié)構(gòu)的離子組；其一個(gè)離子成分被聚合物基質(zhì)固定或保持，且至少一個(gè)其他的離子成分是可移動的可替換離子，它與固定的成分靜電結(jié)合?？梢苿与x子在合適的條件下與其他離子可替換的能力賦予了這些材料的離子交換特征。 離子交換樹脂能夠通過將成分的混合物聚合而制備，所述成分之一包含離子組分。陽離子交換質(zhì)子傳導(dǎo)樹脂的一個(gè)廣泛的類型是所謂的磺酸陽離子交換樹脂。在磺酸膜中，陽離子交換組是接附到聚合物骨架的磺酸組。 將這些離子交換樹脂形成為膜對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員是熟知的。優(yōu)選的類型是全氟磺酸聚合物電解質(zhì)，其中整個(gè)膜結(jié)構(gòu)具有離子交換特征。這些膜在商業(yè)上是可獲得的，且商用磺酸全氟化碳質(zhì)子傳導(dǎo)膜的典型例子由E. I.DuPont de Nemours&Company以Nafion⑧為商標(biāo)銷售。其他這樣的膜從Asahi Glass and Asahi Chemical Company可獲得。其他類型的膜的使用也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如但不限制于全氟陽離子交換膜，基于碳?xì)浠衔锏年栯x子交換膜以及陰離子交換膜。 在圖1至圖3中示出的示例性實(shí)施例的運(yùn)行中(其中中心電極18 (即DC電源11的正極端子)是電聯(lián)接到陽極34A的陽極電極，且外電極12 (即DC電源11的負(fù)極端子)是電聯(lián)接到陰極電極32B的陰極電極)，當(dāng)水位傳感器19指示水位過低時(shí)，水通過水入口 14被引入到內(nèi)部區(qū)域20內(nèi)。水位傳感器19將水入口 14的止回閥部分引導(dǎo)到打開位置，以允許水的引入。 反應(yīng)劑水緊靠最內(nèi)側(cè)的陽極電極34A，其處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成氧氣(02氣體)、電子和氫離子(質(zhì)子)?？梢酝ㄟ^將DC直流電源11的正極端子(在此為中心電極18)連接到最內(nèi)側(cè)的陽極電極34A且通過將DC電源11的負(fù)極端子(在此為外電極12)連接到最外側(cè)的陰極電極32B而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。 在陽極電極34A上生成的電子行進(jìn)到中心電極18且然后行進(jìn)到DC電源11。氧氣被排出，而在此反應(yīng)中生成的氫離子通過PEM膜36從第一側(cè)23遷移到第二側(cè)33，且在相應(yīng)的陰極電極32處與電子(電子由相鄰的陽極電極34提供)結(jié)合以產(chǎn)生氫氣012氣體)。
類似的反應(yīng)在其他陽極電極34和陰極電極32的每個(gè)上發(fā)生，以分別生成氧氣和氫氣。在陽極電極34上生成的電子可以通過電接線25提供到位于一側(cè)23或33上的各陰極電極32。在陽極電極34處生成的氫離子可以由通過PEM膜36的遷移而提供到各陰極電極32。過多的電子從DC電源11的負(fù)極端子行進(jìn)到外電極12且然后行進(jìn)到最外側(cè)的陰極電極32B以完成回路。 在系統(tǒng)10內(nèi)生成的氧氣和氫氣以與施加的電池電流成比例的速度按化學(xué)計(jì)量比生成，即每一個(gè)體積單位的氧氣對應(yīng)兩個(gè)體積單位的氫氣。
進(jìn)行電解所需要的電池電壓是隨串聯(lián)連接以形成MEA 38的PEM電池30的個(gè)數(shù)而定。對于常規(guī)的單個(gè)電池單元，具有大致1. 6-2. 4伏特的電壓的DC電源ll可以足以將水分裂以生成氧氣和氫氣。對于十二個(gè)PEM電池30的單元，如在圖3的示例性實(shí)施例中示出，DC電源ll電壓應(yīng)乘以十二，且因此可以要求提供大約至少19. 2-24伏特的DC電源11。通過經(jīng)常稱為PEM堆的串聯(lián)PEM電池的電流將取決于PEM堆的物理尺寸和其他特征，且因此以上所述的電壓可以改變以獲得希望的氫生產(chǎn)速度。 現(xiàn)在參考圖4，圖中描繪替代的示例性實(shí)施例，其中氣體分離器區(qū)或第二內(nèi)部部分45可以引入到容器10內(nèi)，以允許H2和02分開且通過重力分離被分開地取出。
因此，基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)10可以進(jìn)一步包括氧出口 15和氫出口 17，它們?nèi)〈鷼怏w出口 16以將氫氣和氧氣分別地從內(nèi)部部分20移除，這與圖1至圖3中的在從容器10移除后分開氫氣和氧氣不同。 在此示例性實(shí)施例中，內(nèi)部部分20可以進(jìn)一步分為由網(wǎng)篩部分55分開的第一內(nèi)部部分35和第二內(nèi)部部分45，其中MEA 38和水入口 14包括在第一內(nèi)部部分35內(nèi)且氧出口 15、氫出口 17、水位傳感器19和氫/氧界面?zhèn)鞲衅?1包括在第二內(nèi)部部分45內(nèi)。進(jìn)入第一內(nèi)部部分35的水位(如通過由水位傳感器19感測到的水位確定)可以通過高壓水噴射泵以及通過氫出口 17和氧出口 15排出的氫氣和氧氣而被連續(xù)調(diào)整，以保持氫氣/氧氣界面關(guān)于氫/氧界面?zhèn)鞲衅?1定中心。 另外，多個(gè)非傳導(dǎo)球體65可以容納在第二內(nèi)部部分45內(nèi)。球體65有助于進(jìn)一步通過尺寸排斥(除重力分離外)而將氫氣和氧氣分離。 以上的示例性實(shí)施例披露基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)IO，所述水電解器系統(tǒng)IO可以利用在多種應(yīng)用中，用于生成高壓氫氣和氧氣。用于任一示例性實(shí)施例的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)10的一個(gè)示例性應(yīng)用是用于提供電動車輛85的燃料電池80內(nèi)使用的氫氣，如在圖5中示出。 本發(fā)明的以上所述實(shí)施例僅在本質(zhì)上是示例性的，因此其變化不解釋為離開本發(fā)明的精神和范圍。
9
權(quán)利要求
一種包括基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的產(chǎn)品，包括具有內(nèi)部區(qū)域和水入口的外電極；聯(lián)接在所述外電極的另一個(gè)部分內(nèi)的氣體出口；聯(lián)接在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的中心電極，所述中心電極通過直流電源電聯(lián)接到所述外部電極；在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)圍繞所述中心電極螺旋纏繞的膜電極組件，所述膜電極組件包括多個(gè)串聯(lián)電聯(lián)接的質(zhì)子交換膜電池，所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的每個(gè)聯(lián)接到質(zhì)子交換膜，其中所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的最內(nèi)部的一個(gè)可以電聯(lián)接到所述中心電極，且所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的最外部的一個(gè)可以電聯(lián)接到所述外電極；和圍繞所述中心電極纏繞且聯(lián)接到所述中心電極和所述外電極的非導(dǎo)體分隔件，所述非導(dǎo)體隔膜防止所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池之間的電接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述中心電極包括陰極電極且其中所述外電極包 括陽極電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述中心電極包括陽極電極且其中所述外電極包 括陰極電極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的每個(gè)包括陰極電極和 陽極電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述內(nèi)部部分通過金屬絲網(wǎng)篩被分為第一內(nèi)部部 分和第二內(nèi)部部分，其中所述膜電極組件完全地包含在所述第一 內(nèi)部部分內(nèi)；禾口其中所述第二內(nèi)部部分包括多個(gè)非傳導(dǎo)球體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)品，其中所述氣體出口包括氧氣出口和氫氣出口 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括聯(lián)接到所述水入口的用于控制水流入到所述內(nèi)部部分內(nèi)的止回閥，所述止回閥可從關(guān) 閉位置移動到打開位置；禾口用于測量所述內(nèi)部部分內(nèi)的水位的水位傳感器，其中所述水位傳感器聯(lián)接到所述止回 閥且控制所述止回閥在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間的定位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述質(zhì)子交換膜包括磺酸全氟化碳質(zhì)子傳導(dǎo)膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括聯(lián)接到所述基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解 器系統(tǒng)的燃料電池。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括電動車輛，所述電動車輛包括所述基于高 壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括電動車輛，所述電動車輛包括聯(lián)接到權(quán)利 要求1所述的基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的燃料電池。
12. —種用于基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)的螺旋纏繞膜電極組件，所述螺旋 纏繞膜電極組件包括質(zhì)子交換膜；聯(lián)接到所述質(zhì)子交換膜的第一側(cè)的第一質(zhì)子交換膜電池，所述第一質(zhì)子交換膜電池具 有陽極電極和陰極電極；聯(lián)接到所述質(zhì)子交換膜的第二側(cè)且通過所述質(zhì)子交換膜電聯(lián)接到所述第一質(zhì)子交換膜電池的第二質(zhì)子交換膜電池，所述第二質(zhì)子交換膜電池具有第二陽極電極和第二陰極電 極；其中所述質(zhì)子交換膜的所述第一側(cè)與所述質(zhì)子交換膜的所述第二側(cè)相反；禾口 聯(lián)接到所述質(zhì)子交換膜的所述第一側(cè)且通過所述質(zhì)子交換膜電聯(lián)接到所述第二質(zhì)子交換膜的第三質(zhì)子交換膜電池，所述第三質(zhì)子交換膜電池具有第三陽極電極和第三陰極電極；其中所述第三質(zhì)子交換膜電池與所述第一質(zhì)子交換膜電池沿所述第一側(cè)以間隙分隔 開；和其中所述第三質(zhì)子交換膜電池通過橫過所述間隙的電線電聯(lián)接到所述第一質(zhì)子交換 膜電池。
13. —種用于從水生成氫氣和氧氣的方法，該方法包括(a) 形成基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)，該水電解器包括 具有內(nèi)部區(qū)域的外電極； 聯(lián)接在所述外電極的一部分內(nèi)的水入口； 聯(lián)接在所述外電極的另一個(gè)部分內(nèi)的氣體出口；聯(lián)接在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的中心電極，所述中心電極通過直流電源電聯(lián)接到所述外電極；在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)圍繞所述中心電極螺旋纏繞的膜電極組件，所述膜電極組件包括多 個(gè)串聯(lián)電聯(lián)接的質(zhì)子交換膜電池，所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的每個(gè)聯(lián)接到質(zhì)子交換膜，其 中所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的最內(nèi)部的一個(gè)可以電聯(lián)接到所述中心電極，且所述多個(gè)質(zhì)子 交換膜電池的最外部的一個(gè)可以電聯(lián)接到所述外電極；禾口圍繞所述中心電極纏繞且聯(lián)接到所述中心電極和所述外電極的非導(dǎo)體分隔件，所述非 導(dǎo)體隔膜防止所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池之間的電接觸；(b) 將第一量的水從所述水入口引入到所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)；(c) 將所述直流電源激活，以提供跨接所述中心電極和所述外電極的電壓，所述電壓足 以導(dǎo)致所述第一量的水起反應(yīng)，以產(chǎn)生第一量的氧氣和第一量的氫氣；禾口(d) 使所述第一量的氧氣和所述第一量的氫氣通過所述氣體出口移除。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述中心電極包括陰極電極且其中所述外電極 包括陽極電極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述中心電極包括陽極電極且其中所述外電極 包括陰極電極。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括使用金屬絲網(wǎng)篩將所述內(nèi)部區(qū)域分為第一區(qū)域和第二區(qū)域，其中所述膜電極組件位于 所述第一區(qū)域內(nèi)；禾口將多個(gè)非傳導(dǎo)球體引入到所述第二區(qū)域內(nèi)以幫助將所述第一量的氧氣與所述第一量 的氫氣分離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中(d)使所述第一量的氧氣和所述第一量的氫氣 通過所述氣體出口移除包括(d)通過氧氣出口移除所述第一量的氧氣；禾口(e)通過氫氣出口移除所述第一量的氫氣。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將氫/氧界面?zhèn)鞲衅髀?lián)接在所述第二區(qū)域的一部分內(nèi)在所述氫出口和所述氧出口之間；確定所述第二區(qū)域內(nèi)的氫氣和氧氣界面；禾口通過所述氧出口移除所述第一量的氧氣的一部分，或通過所述氫出口移除所述第一量 的氫氣的一部分，以維持所述氫氣和氧氣界面大致定心為所述氫/氧界面?zhèn)鞲衅鳌?br> 19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括 確定所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)包含的水量；當(dāng)所述確定的水量落在預(yù)定閾值以下時(shí)，將另外量的水引入到所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。
20. —種電動車輛，包括基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)，該水電解器系統(tǒng)包括 具有內(nèi)部區(qū)域的外電極； 聯(lián)接在所述外電極的一部分內(nèi)的水入口； 聯(lián)接在所述外電極的另一個(gè)部分內(nèi)的氣體出口；聯(lián)接在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的中心電極，所述中心電極通過直流電源電聯(lián)接到所述外電極；在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)圍繞所述中心電極螺旋纏繞的膜電極組件，所述膜電極組件包括多 個(gè)串聯(lián)電聯(lián)接的質(zhì)子交換膜電池，所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的每個(gè)聯(lián)接到質(zhì)子交換膜，其 中所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的最內(nèi)部的一個(gè)可以電聯(lián)接到所述中心電極，且其中所述多個(gè) 質(zhì)子交換膜電池的最外部的一個(gè)可以電聯(lián)接到所述外電極；禾口圍繞所述中心電極纏繞且聯(lián)接到所述中心電極和所述外電極的非導(dǎo)體分隔件，所述非 導(dǎo)體隔膜防止所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池之間的電接觸；通過所述氣體出口流體聯(lián)接到所述高壓氫氣生成器的燃料電池。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動車輛，其中所述中心電極包括陰極電極且其中所述外 電極包括陽極電極。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動車輛，其中所述中心電極包括陽極電極且其中所述外 電極包括陰極電極。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動車輛，其中所述多個(gè)質(zhì)子交換膜電池的每個(gè)包括陰極 電極和陽極電極。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動車輛，其中使用金屬絲網(wǎng)篩將所述內(nèi)部區(qū)域分為第一 內(nèi)部部分和第二內(nèi)部部分，其中所述膜電極組件完全地包含在所述第一 內(nèi)部部分內(nèi)；禾口其中所述第二內(nèi)部部分包括多個(gè)非傳導(dǎo)球體。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電動車輛，其中所述氣體出口包括氧氣出口和氫氣出口， 所述氧氣出口和氫氣出口分開地聯(lián)接到所述外電極且與所述第二內(nèi)部部分流體連通。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動車輛，進(jìn)一步包括聯(lián)接到所述水入口用于控制水流入到所述內(nèi)部部分內(nèi)的止回閥，所述止回閥可從關(guān)閉 位置移動到打開位置；禾口用于測量所述內(nèi)部部分內(nèi)的水位的水位傳感器，其中所述水位傳感器聯(lián)接到所述止回閥且控制所述止回閥在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間的定位。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動車輛，其中所述質(zhì)子交換膜包括磺酸全氟化碳質(zhì)子傳 導(dǎo)膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高壓質(zhì)子交換膜的水電解器系統(tǒng)，所述水電解器系統(tǒng)可以包括一系列質(zhì)子交換膜(PEM)電池，所述質(zhì)子交換膜(PEM)電池可以電聯(lián)接到一起且聯(lián)接到質(zhì)子交換膜以形成螺旋纏繞在傳導(dǎo)的中心柱上的膜電極組件(MEA)，其中MEA的最內(nèi)側(cè)PEM電池可以與傳導(dǎo)的中心柱或中心電極電連接，且其中MEA的最外側(cè)的PEM電池可以電聯(lián)接到壓力容器缸或外電極。每個(gè)PEM電池可以包括由PEM膜的部分分開的陽極部分和陰極部分。另外，不可滲透的分隔件層也可以圍繞傳導(dǎo)的中心柱螺旋纏繞且分開PEM芯的纏繞部分。
文檔編號C25B9/10GK101724855SQ20091020639
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者D·B·歐威爾克爾克, N·A·凱利, T·L·吉布森 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司