本公開(kāi)涉及電化學(xué)電池，特別是電解槽和燃料電池中的去離子組件、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、氫能技術(shù)例如燃料電池和電解槽由于其生產(chǎn)和儲(chǔ)存清潔能源的能力而日益流行。然而，仍存在許多挑戰(zhàn)，并阻礙了它們的大規(guī)模生產(chǎn)。除了燃料電池和電解槽的惡劣環(huán)境導(dǎo)致材料選擇的挑戰(zhàn)外，組件(例如催化劑和膜)的降解也需要解決，因?yàn)榻到鈺?huì)影響氫能裝置的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一個(gè)實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種氫電化學(xué)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括電解槽或燃料電池，其包括膜電解質(zhì)和負(fù)載有催化劑的催化劑層；去離子系統(tǒng)，其包括與存在于所述膜電解質(zhì)或燃料電池中的水中的金屬離子結(jié)合的添加劑；和傳感器，其構(gòu)造成監(jiān)測(cè)金屬離子的量，所述傳感器包括與所述添加劑結(jié)合的指示劑化合物。所述指示劑化合物可是熒光團(tuán)。所述添加劑可是包含螯合受體的螯合劑。當(dāng)所述添加劑的受體不含所述金屬離子時(shí)，所述傳感器可具有所述指示劑化合物的無(wú)電子激發(fā)的第一狀態(tài)，并且當(dāng)所述受體包含金屬離子時(shí)，所述傳感器可具有電子激發(fā)的第二狀態(tài)。所述添加劑可是冠醚。所述氫電化學(xué)系統(tǒng)可進(jìn)一步包括用于重復(fù)使用所述添加劑的再生系統(tǒng)。所述添加劑和所述傳感器可固定在聚合物表面上。

2、在另一實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置。所述傳感裝置可包括聚合物膜，所述聚合物膜包括包含受體的螯合劑，帶有與所述螯合劑結(jié)合的供電子基團(tuán)的間隔基，和與所述間隔基結(jié)合的熒光團(tuán)，在沒(méi)有與所述受體結(jié)合的金屬離子的情況下，暴露于第一波長(zhǎng)的光時(shí)不發(fā)熒光，而在所述受體中存在金屬離子的情況下，暴露于第一波長(zhǎng)的光時(shí)發(fā)熒光；光發(fā)射器，所述光發(fā)射器產(chǎn)生所述熒光團(tuán)中電子的光激發(fā)；和光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器檢測(cè)從所述熒光團(tuán)重新發(fā)射的光能。所述氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置可形成所述氫電化學(xué)電池的一部分。所述金屬離子可是鐵離子。所述光檢測(cè)器檢測(cè)到的光的量可與所述氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置的輸入中的所述金屬離子的量有關(guān)。所述氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置可進(jìn)一步包括配置為處理來(lái)自所述光檢測(cè)器的輸入的控制器。所述控制器可基于來(lái)自所述光檢測(cè)器的輸入來(lái)調(diào)節(jié)所述螯合劑的量。所述氫電化學(xué)電池可是電解槽。所述傳感裝置可位于電池膜附近。所述螯合劑可是冠醚。

3、在又一實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種電解槽系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括電解槽電池(electrolyzer?cell)，其包括膜電解質(zhì)和負(fù)載有催化劑的催化劑層，所述電解槽電池位于輸入水源的下游；去離子系統(tǒng)，其包括經(jīng)由輸入水料流中的受體與金屬離子結(jié)合的添加劑；和傳感器，其監(jiān)測(cè)輸入水料流中的所述金屬離子的量。所述傳感器可與所述添加劑結(jié)合。所述傳感器可包括包含受體的螯合化合物，具有與所述受體相鄰的供電子基團(tuán)的間隔基和與所述間隔基相鄰的熒光團(tuán)。當(dāng)所述受體不含所述金屬離子時(shí)，所述傳感器可具有無(wú)電子熒光團(tuán)激發(fā)的第一狀態(tài)；當(dāng)所述受體與所述金屬離子結(jié)合時(shí)，所述傳感器可具有在吸收第一波長(zhǎng)的光后產(chǎn)生電子熒光團(tuán)激發(fā)的第二狀態(tài)；以及當(dāng)所述激發(fā)電子返回到未激發(fā)狀態(tài)時(shí)，所述傳感器可具有在第二波長(zhǎng)下重新發(fā)射吸收的光能的第三狀態(tài)。所述電解槽系統(tǒng)可進(jìn)一步包括位于所述輸入水料流中的電極和測(cè)量所述輸入水料流的總電導(dǎo)率的電壓源。所述傳感器可測(cè)量與水的離子電導(dǎo)率成比例的所述輸入水料流中的電流。

技術(shù)特征：

1.一種氫電化學(xué)系統(tǒng)，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述指示劑化合物是熒光團(tuán)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述添加劑是包含螯合受體的螯合劑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中當(dāng)所述添加劑的受體不含所述金屬離子時(shí)，所述傳感器具有所述指示劑化合物的無(wú)電子激發(fā)的第一狀態(tài)，并且當(dāng)所述受體包含所述金屬離子時(shí)，所述傳感器具有電子激發(fā)的第二狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述添加劑是冠醚。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于重復(fù)使用所述添加劑的再生系統(tǒng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述添加劑和所述傳感器固定在聚合物表面上。

8.一種氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其中所述金屬離子是鐵離子。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其中由所述光檢測(cè)器檢測(cè)到的光的量與所述氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置的輸入中的所述金屬離子的量相關(guān)。

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其進(jìn)一步包括配置為處理來(lái)自所述光檢測(cè)器的輸入的控制器。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其中所述控制器基于來(lái)自所述光檢測(cè)器的輸入來(lái)調(diào)節(jié)所述螯合劑的量。

13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其中所述氫電化學(xué)電池是電解槽。

14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其中所述傳感裝置位于電池膜附近。

15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫電化學(xué)電池金屬離子傳感裝置，其中所述螯合劑是冠醚。

16.一種電解槽系統(tǒng)，其包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述傳感器與所述添加劑結(jié)合。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述傳感器包括包含受體的螯合化合物；

19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電解槽系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括位于所述輸入水料流中的電極和測(cè)量所述輸入水料流的總電導(dǎo)率的電壓源。

20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述傳感器測(cè)量與水的離子電導(dǎo)率成比例的所述輸入水料流中的電流。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電化學(xué)電池去離子系統(tǒng)。一種氫電化學(xué)系統(tǒng)，其包括電解槽或燃料電池，所述電解槽或燃料電池包括膜電解質(zhì)和負(fù)載有催化劑的催化劑層；去離子系統(tǒng)，所述去離子系統(tǒng)包括與存在于所述膜電解質(zhì)或燃料電池中的水中的金屬離子結(jié)合的添加劑；和傳感器，所述傳感器構(gòu)造為監(jiān)測(cè)所述金屬離子的量，所述傳感器包括與所述添加劑結(jié)合的指示劑化合物。

技術(shù)研發(fā)人員：M·科恩布魯斯,J·布拉滕,B·斯圖邁爾,程磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：羅伯特·博世有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2