本公開涉及電化學(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，公開了一種氫電化學(xué)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括電池和去離子子系統(tǒng)，所述電池包括膜電解質(zhì)和負(fù)載有催化劑的催化劑層。所述去離子子系統(tǒng)可包括結(jié)合一種或多種金屬離子的選擇性結(jié)合螯合劑，所述選擇性結(jié)合螯合劑具有其(一個(gè)或多個(gè))氫解離的pka值，所述(一個(gè)或多個(gè))pka值不同于操作中的所述電池的(一個(gè)或多個(gè))ph值。所述去離子子系統(tǒng)可位于所述電池的水再循環(huán)回路中。所述(一個(gè)或多個(gè))pka值可與所述(一個(gè)或多個(gè))ph值相差至少10％。所述電池可是電解槽。所述選擇性結(jié)合螯合劑可包括鐵離子受體。所述選擇性結(jié)合螯合劑可包括一個(gè)或多個(gè)羧酸(-cooh)基團(tuán)或其衍生物。所述選擇性結(jié)合螯合劑可包括一種或多種側(cè)柏酚素(thujaplicin)。所述氫電化學(xué)系統(tǒng)可進(jìn)一步包括再生裝置，所述再生裝置構(gòu)造為從所述選擇性結(jié)合螯合劑中剝離結(jié)合后的一種或多種金屬離子。所述系統(tǒng)的ph值可為0-4，并且所述(一個(gè)或多個(gè))pka值可低于和/或高于0-4。所述去離子子系統(tǒng)可位于所述電池的至少一個(gè)催化劑層中。

2、在另一實(shí)施方案中，公開了一種電解槽系統(tǒng)。所述電解槽系統(tǒng)可包括供應(yīng)水輸入料流的水輸入源，位于所述水輸入源下游的包括膜電解質(zhì)和負(fù)載有催化劑的催化劑層的電解槽電池以及去離子子系統(tǒng)。所述去離子系統(tǒng)可位于所述電解槽電池上游和所述水輸入源下游。所述裝置可包括結(jié)合水輸入料流中存在的一種或多種非氫離子的螯合劑。所述螯合劑的pka值可不同于操作中的電解槽的任何ph值。所述螯合劑可在所述電池的操作范圍內(nèi)被去質(zhì)子化。所述螯合劑可具有鐵離子受體。所述螯合劑可包括一個(gè)或多個(gè)羧酸(-cooh)基團(tuán)或其衍生物。所述螯合劑可包括一種或多種側(cè)柏酚素。所述電解槽系統(tǒng)可進(jìn)一步包括再生裝置，所述再生裝置構(gòu)造為從所述螯合劑中剝離結(jié)合后的一種或多種非氫離子。操作中的所述電解槽的ph值可為約2，并且pka值可高于或低于2。

3、在又一實(shí)施方案中，公開了一種電解槽去離子化裝置。所述電解槽去離子化裝置可包括帶有螯合劑的儲(chǔ)器，所述螯合劑具有一個(gè)或多個(gè)解離常數(shù)pka值，所述解離常數(shù)pka值高于或低于操作中的電解槽電池的ph值，使得所述電解槽電池中的質(zhì)子體積在所述螯合劑的存在下保持未還原。所述螯合劑可在所述電解槽電池的操作范圍內(nèi)被去質(zhì)子化。所述螯合劑可包括一種或多種側(cè)柏酚素。所述電解槽去離子化裝置可位于所述電解槽電池的上游。

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(一個(gè)或多個(gè))pka值與所述(一個(gè)或多個(gè))ph值相差至少10％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述電池是電解槽。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述選擇性結(jié)合螯合劑包括鐵離子受體。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述選擇性結(jié)合螯合劑包括一個(gè)或多個(gè)羧酸(-cooh)基團(tuán)或其衍生物。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述選擇性結(jié)合螯合劑包括一種或多種側(cè)柏酚素。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括再生裝置，所述再生裝置構(gòu)造為從所述選擇性結(jié)合螯合劑中剝離結(jié)合后的一種或多種金屬離子。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)的ph值為0-4，并且所述(一個(gè)或多個(gè))pka值低于和/或高于0-4。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫電化學(xué)系統(tǒng)，其中所述去離子子系統(tǒng)位于所述電池的至少一個(gè)催化劑層中。

10.一種電解槽系統(tǒng)，其包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述螯合劑在所述電池的操作范圍內(nèi)被去質(zhì)子化。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述螯合劑具有鐵離子受體。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述螯合劑包括一個(gè)或多個(gè)羧酸(-cooh)基團(tuán)或其衍生物。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解槽系統(tǒng)，其中所述螯合劑包括一種或多種側(cè)柏酚素。

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解槽系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括再生裝置，所述再生裝置構(gòu)造為從所述螯合劑中剝離結(jié)合后的一種或多種非氫離子。

16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解槽系統(tǒng)，其中操作中的所述電解槽的ph值為約2，并且所述pka值高于或低于2。

17.一種電解槽去離子裝置，其包括：

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電解槽去離子裝置，其中所述螯合劑在所述電解槽電池的操作范圍內(nèi)被去質(zhì)子化。

19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電解槽去離子裝置，其中所述螯合劑包括一種或多種側(cè)柏酚素。

20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電解槽去離子裝置，其中所述電解槽去離子裝置位于所述電解槽電池的上游。

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)，其包括電池和去離子子系統(tǒng)，所述電池包括膜電解質(zhì)和負(fù)載有催化劑的催化劑層，所述去離子子系統(tǒng)包括結(jié)合一種或多種金屬離子的選擇性結(jié)合螯合劑，所述選擇性結(jié)合螯合物具有其(一個(gè)或多個(gè))氫解離的(一個(gè)或多個(gè))pKa值，所述(一個(gè)或多個(gè))pKa值不同于操作中的所述電池的(一個(gè)或多個(gè))pH值，所述去離子子系統(tǒng)位于所述電池的水再循環(huán)回路中。

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,N·莫里納里
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