多金属氧酸盐的再生速率极慢。
[0126] 图11中的"Na7多金属氧酸盐"图显示出全钠（Na7)V4#金属氧酸盐与Na 4H3V4# 金属氧酸盐相比的电流/电压特性。可以看出，全钠型式的电化学性能次于混合平衡离子 多金属氧酸盐，使其在一定程度上较不适用于本发明的燃料电池。
[0127] 本发明还涉及如下技术方案：
[0128] 1. -种氧化还原燃料电池，包括通过离子选择性聚合物电解质膜隔开的阳极和阴 极；将燃料提供至所述电池的阳极区的装置；将氧化剂提供至所述电池的阴极区的装置； 在所述阳极和所述阴极之间提供电路的装置；与所述阴极流动连通的非挥发性阴极电解液 溶液，所述阴极电解液溶液包含在所述电池运行中在所述阴极至少部分还原并且在所述阴 极发生上述还原之后通过与所述氧化剂反应而至少部分再生的多金属氧酸盐氧化还原对， 所述阴极电解液溶液包含至少约〇. 075M的所述多金属氧酸盐。
[0129] 2.根据项目1所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐用下式表示：
[0130] Xa[ZbMcOd]
[0131] 其中：
[0132] X选自氢、碱金属、碱土金属、铵、及其两种或更多种的组合；
[0133] Z 选自 B、P、S、As、Si、Ge、Ni、Rh、Sn、Al、Cu、I、Br、F、Fe、Co、Cr、Zn、H2、Te、Mn* Se及其两种或更多种的组合；
[0134] M选自Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Fe、Co、Cr、Ni、Zn、Rh、Ru、Tl、Al、Ga、In和其它选自第 一、第二和第三过渡金属系和镧系金属的金属及其中两种或更多种的组合；
[0135] a是使所述[M。％]阴离子电荷平衡所需的X的数目；
[0136] b是 0 至 20;
[0137] c是1至40;以及
[0138] d是 1 至 180。
[0139] 3.根据项目2所述的氧化还原燃料电池，其中b为0至2。
[0140] 4.根据项目2或3所述的氧化还原燃料电池，其中c为5至20。
[0141] 5.根据项目2至4中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中d为30至70。
[0142] 6.根据项目1至5中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中M选自钒、钼及其组 合。
[0143] 7.根据项目1至6中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中Z是磷。
[0144] 8.根据项目1至7中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中X包括氢和碱金属和 /或碱土金属离子的组合。
[0145] 9.根据项目1至8中任一项所述的氧化还原燃料电池，在所述多金属氧酸盐中包 含2至4个钒中心。
[0146] 10.根据项目9所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐包括 H3Na2PMo10V2 040〇
[0147] 11.根据项目9所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐包括 H3Na2PMo9V3〇4〇〇
[0148] 12.根据项目9所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐包括 H3Na4PMo8V30 40〇
[0149] 13.根据项目9至12中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中至少一个X是氢。
[0150] 14.根据项目13所述的氧化还原燃料电池，其中X包括至少一个氢和至少一种选 自碱金属、碱土金属、铵、及其两种或更多种组合的其它材料。
[0151] 15.根据项目1至14中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中所述阴极电解液溶 液包括至少一种辅助氧化还原物质。
[0152] 16.根据项目15所述的氧化还原燃料电池，其中所述辅助氧化还原物质选自配位 形成的过渡金属配位化合物、其它多金属氧酸盐物质及其组合。
[0153] 17.根据项目16所述的氧化还原燃料电池，其中所述过渡金属配位化合物中的 一种或更多种过渡金属选自氧化态的锰II-V、铁I-IV、铜1-111、钴1-111、镍1-111、铬 (II-VII)、钛 II-IV、钨 IV-VI、钒 II-V 和钼 II-VI。
[0154] 18.根据项目1至14中任一项所述的燃料电池，其中所述阴极电解液溶液基本不 含任何辅助氧化还原物质。
[0155] 19.根据项目1至18中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中所述阴极电解液溶 液中的所述多金属氧酸盐的浓度高于〇. 1M。
[0156]20. -种用于根据项目1至19中任一项所述的氧化还原燃料电池的阴极电解液溶 液，所述溶液包含至少约〇. 075M的多金属氧酸盐。
【主权项】
1. 一种氧化还原燃料电池，包括通过离子选择性聚合物电解质膜隔开的阳极和阴极； 将燃料提供至所述电池的阳极区的装置；将氧化剂提供至所述电池的阴极区的装置；在所 述阳极和所述阴极之间提供电路的装置；与所述阴极流动连通的非挥发性阴极电解液溶 液，所述阴极电解液溶液包含在所述电池运行中在所述阴极至少部分还原并且在所述阴极 发生上述还原之后通过与所述氧化剂反应而至少部分再生的多金属氧酸盐氧化还原对，所 述阴极电解液溶液包含至少约0. 075M的所述多金属氧酸盐。2. 根据权利要求1所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐用下式表示： Xa [ZbMcOJ 其中： X选自氢、碱金属、碱土金属、铵、及其两种或更多种的组合； Z 选自 B、P、S、As、Si、Ge、Ni、Rh、Sn、Al、Cu、I、Br、F、Fe、Co、Cr、Zn、H2、Te、Mn 和 Se 及其两种或更多种的组合； M 选自 Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Fe、Co、Cr、Ni、Zn、Rh、Ru、Tl、Al、Ga、In 和其它选自第一、 第二和第三过渡金属系和镧系金属的金属及其中两种或更多种的组合； a是使所述[McAJ阴离子电荷平衡所需的X的数目； b是0至20 ; c是1至40 ;以及 d是1至180。3. 根据权利要求2所述的氧化还原燃料电池，其中b为0至2。4. 根据权利要求2或3所述的氧化还原燃料电池，其中c为5至20。5. 根据权利要求2至4中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中d为30至70。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中M选自钒、钼及其组 合。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中Z是磷。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中X包括氢和碱金属和 /或碱土金属离子的组合。9. 根据权利要求1至8中任一项所述的氧化还原燃料电池，在所述多金属氧酸盐中包 含2至4个钒中心。10. 根据权利要求9所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐包括 H3Na2PMo10V2O 40011. 根据权利要求9所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐包括 H3Na2PMo9V3O 40O12. 根据权利要求9所述的氧化还原燃料电池，其中所述多金属氧酸盐包括 H3Na4PMo8V3O 40O13. 根据权利要求9至12中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中至少一个X是氢。14. 根据权利要求13所述的氧化还原燃料电池，其中X包括至少一个氢和至少一种选 自碱金属、碱土金属、铵、及其两种或更多种组合的其它材料。15. 根据权利要求1至14中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中所述阴极电解液溶 液包括至少一种辅助氧化还原物质。16. 根据权利要求15所述的氧化还原燃料电池，其中所述辅助氧化还原物质选自配位 形成的过渡金属配位化合物、其它多金属氧酸盐物质及其组合。17. 根据权利要求16所述的氧化还原燃料电池，其中所述过渡金属配位化合物中的 一种或更多种过渡金属选自氧化态的锰II-V、铁I-IV、铜1-111、钴1-111、镍1-111、铬 (II-VII)、钛 II-IV、钨 IV-VI、钒 II-V 和钼 II-VI。18. 根据权利要求1至14中任一项所述的燃料电池，其中所述阴极电解液溶液基本不 含任何辅助氧化还原物质。19. 根据权利要求1至18中任一项所述的氧化还原燃料电池，其中所述阴极电解液溶 液中的所述多金属氧酸盐的浓度高于〇. 1M。20. -种用于根据权利要求1至19中任一项所述的氧化还原燃料电池的阴极电解液溶 液，所述溶液包含至少约〇. 075M的多金属氧酸盐。
【专利摘要】本发明涉及燃料电池。一种氧化还原燃料电池，包括通过离子选择聚合物电解质膜隔开的阳极和阴极；将燃料提供至所述电池的阳极区的装置；将氧化剂提供至所述电池的阴极区的装置；在所述阳极和所述阴极之间提供电路的装置；与所述阴极流体流动连通的非挥发性阴极电解液溶液，所述阴极电解液溶液包含在所述电池运行中在所述阴极至少部分还原并且在所述阴极还原之后通过与所述氧化剂反应而至少部分再生的多金属氧酸盐氧化还原对，所述阴极电解液溶液包含至少约0.075M的所述多金属氧酸盐。
【IPC分类】H01M4/90, H01M8/20, H01M8/10, H01M4/86, H01M8/18
【公开号】CN104953136
【申请号】CN201510225144
【发明人】安德鲁·马丁·克里思, 安德鲁·罗伯特·波特
【申请人】阿卡尔能源有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2007年3月23日
【公告号】CN101405901A, EP1999811A2, EP1999811B1, EP1999811B8, US9005828, US20090317668, WO2007110663A2, WO2007110663A3