专利名称：电化学装置及其操作方法
背景技术：
本发明涉及一种电化学装置及其操作方法。
有的燃料电池是依赖于甲醇作为燃料。根据甲醇的分解方式可分为两类。(见图2)在第一类中其工作方式是甲醇与水反应分解为氢气，并且将该氢气供入燃料电池的负极。将它们称为甲醇转化型燃料电池。在第二类中其工作方式是在负极甲醇直接与水反应而不转化成氢气。它们称为直接甲醇型燃料电池。
直接甲醇型燃料电池提供的优点是以液态方式贮存甲醇。因此，它比贮存氢气的氢气型燃料电池在效率和安全方面更为优越。另外，因为不需要任何气体转化装置，其比甲醇转化型具有更简单的结构，因而易于轻便化。
同时，为了使燃料电池更具实用性，必需缩小其尺寸和简化其结构。对于需要超过200℃的高温才能工作或使用液体电解质的燃料电池，要实现这个目的是困难的。比较而言，希望的是通过使用一种聚合物固体电解质和基于直接甲醇法操作的那些燃料电池来实现该目的。但是，这种燃料电池还有如下所述的问题。
已经开发了直接甲醇型燃料电池，它使用全氟磺酸树脂(如Nafion(产自杜邦DuPont))以隔膜的形式作为聚合物固体电解质。当燃料电池工作时，这种聚合物固体电解质需要存在大量的水以便质子导电。但是，这种类型的燃料电池的缺点是，大量的甲醇和水一起从负极(燃料电极)进入了电解质隔膜中。这种甲醇最终到达正极(引起跨接(ross-over))，而导致电压或输出和燃料效率的下降。
这种直接甲醇型燃料电池的另一个缺点是，需要更高的催化能力，但没有能满足这种要求的催化剂。一个增补催化剂能力的实用方法是使工作温度加热到高达约150℃。但是，加热对于聚合物固体电解质(如Nafion)是不实际的，因为其特性使其工作温度限制在80℃。
发明概述本发明的一个目的是提供一种电化学装置及其操作方法。该电化学装置可应用于那些使用在200℃或更低温度下工作的固体电极并结合使用直接甲醇法的燃料电池中。该电化学装置的操作试图增加电压和输出并改善燃料效率而没有跨接。该电化学装置允许宽范围地选择电极催化剂。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电化学装置，其包括由第一电极，第二电极，和放置在这两个电极之间的一种质子导电材料所组成的电化学装置，该质子导电材料含有作为主要成分的富勒烯(fullerene)衍生物，在富勒烯的碳原子上引入了质子离解基团，并且该第一电极允许甲醇和水之间进行反应以产生质子。术语“质子离解基团”表示通过电离作用能够离解成质子(H+)的官能团。(下文中将同样使用)根据本发明的电化学装置的操作方法，优选具有第一电极，第二电极，和放置在这两个电极之间的一种质子导电材料，该质子导电材料含有作为主要成分的富勒烯衍生物，在富勒烯的碳原子上引入了质子离解基团，该方法包括将甲醇和水供给第一电极以使它们反应而产生质子。
根据本发明的电化学装置优选是一种新的装置，其中直接甲醇法巧妙地结合使用了上述的富勒烯衍生物。主要由富勒烯衍生物组成的该电解质不必借助水作为传输介质而具有质子导电性。这使得与甲醇反应而消耗的水量降低到最小，并且使形成的电解质密实。这样，仅存在极少量的甲醇水溶液向正极迁移。
上述的结果是基本上不存在跨接，而增加电压和输出，以及改善燃料效率。另外，上述电解质允许燃料电池在150℃或更高的温度下工作。这样就可以由宽范围选择催化剂或改善现有催化剂的催化能力。
附图的简要说明
图1是有关本发明的一个实施方案的燃料电池的纵剖面示意图；图2是说明在本发明中，质子导电部件和作为质子源的甲醇分解的结构的示意图；图3是本发明的一个实施方案的燃料电池和用于比较的燃料电池所产生的电压与时间的关系曲线图；图4是本发明的一个实施方案的燃料电池和用于比较的燃料电池所产生的电压与电流密度的关系曲线图；图5是本发明另一个实施方案的燃料电池所获得的电压与电流密度之间的关系曲线图；图6A和6B是本发明所使用的作为一个富勒烯衍生物的实例的富勒烯多氢氧化物的结构示意图；图7A和7B是本发明所使用的富勒烯衍生物聚集体的实例的示意图；图8A和8B是作为本发明所使用的富勒烯衍生物基础的富勒烯分子的结构示意图；图9是质子导电机理的示意图；图10A和10B是富勒烯衍生物和纯富勒烯两者均以片状形式存在的等效电路示意图；图11是富勒烯衍生物和纯富勒烯两者以片状形式存在的复合阻抗示意图；和图12是质子导电性与温度的关系示意图。
优选实施方案的叙述参考实施方案将详细叙述本发明。
根据本发明，向作为基体的富勒烯中引入质子离解官能团。对该富勒烯没有特别的限制，只要其具有球形簇结构就可以。它可以是选自C36、C60(如图8A所示)、C70(如图8B所示)、C76、C78、C80、C82和C84的富勒烯中的一种简单的物质或两种或两种以上的简单物质的混合物。
这些富勒烯的分子是在1985年由激光剥蚀碳时所产生的光束的质谱中发现的(Kroto，H.W.；Heath，J.R.；O’Brien，S.C.；Curl，R.F.；和Smallery.R.E.，自然1985，318，162)。5年以后，建立了其实际生产的工艺。在1990年，发现了通过碳电极的电弧放电的生产工艺。自那以后，富勒烯作为一种含碳半导体材料引起了人们的关注。
本发明人对富勒烯衍生物如何展现其质子导电特性进行了广泛地研究。结果发现，将羟基引入构成富勒烯的碳原子中可产生富勒烯多氢氧化物(fullerene polyhydroxide)，并且该富勒烯多氢氧化物即使在其干态在宽范围的温度下(包括常温)或在最窄的在160℃～-40℃的温度范围内(已经超过了水的冰点和沸点)，也具有活性质子导电性。还发现当用氢硫酸酯(hydrogensulfateester)基团取代羟基时，质子导电性变得更加明显。
更具体地说，富勒烯多氢氧化物是具有图6所示的结构，它由富勒烯和大量羟基组成的化合物的专业术语。一般将其称为“富勒烯醇(fullerenol)”。实际上，在分子中羟基的数量和排列是变化的。在1992年，Chiang等人首次报道了富勒烯醇的合成(Chiang，L.Y.；Swirczewski，J.W.；Hsu，C.S.；Chowdhury，S.K.；Cameron，S.；和Creegan，K.，J.Chem.Soc.Chem.Commun.1992，1791)。自此以后，由于其水溶性，含有高于特定程度羟基的富勒烯醇受到人们的关注。在生物工程学领域已对其进行了研究。
本发明人将富勒烯醇制成如图7A所示的聚集体。发现当使邻近的富勒烯醇分子相互接近时，可使羟基互相作用，该聚集体表现为宏观的聚集体，呈现活性质子导电特性(这是由于从富勒烯醇分子的酚或羟基中离解出了H+)。在图7中，每一个圆圈表示一个富勒烯醇分子。
当作为质子导电体的富勒烯醇被具有大量-OSO3的富勒烯聚集体所取代时，也观察到了上述同样的现象。由于使用OSO3基团取代OH基团，使富勒烯多氢氧化物成为富勒烯醇的氢硫酸酯，如图7B所示。在1994年，Chiang等人也报道这种物质(Chiang，L.Y.；Wang，L.Y.；Swirczewski，J.W.；Soled，S.；和Cemeron，S.；J.Org.Chem.1994，59，3960)。该酯化的富勒烯在一个分子中可以只具有OSO3基团或在一个分子中具有OSO3基团和羟基这两者。
当大量上述富勒烯衍生物形成聚集体时，无论周围环境怎么样，所得的聚集体作为整体而具有质子导电性。换句话说，质子导电性直接与质子移动有关，其得自在分子中本来存在的大量的羟基和OSO3基团。因此，不必吸收周围环境中的水蒸气分子所产生的氢，并且也不必从外界供给水，特别是不必吸附大气中的水分。另外，作为衍生物基础的富勒烯具有亲电子性，并且这似乎可以极大地促进在具有高酸性的OSO3H基团和羟基中的氢离子的离解。这就是为什么本发明使用的质子导电材料具有好的质子导电性的原因之一。
另外，由于相当大量的羟基和OSO3H基团可以引入一个富勒烯分子中，因此质子导电材料在单位体积中含有大量的质子(参与导电)。这是为什么本发明使用的质子导电材料具有相当高的导电性的另一个原因。
本发明使用的质子导电材料主要是由富勒烯的碳原子组成，因此，它重量轻、不易降解，并且无杂质。从节约资源、环境和经济方面考虑，富勒烯是最理想的含碳材料，并且富勒烯的生产成本正在快速下降。
另外，本发明人的研究表明，质子离解基团并不限于上述的羟基和OSO3H基团。换句话说，该离解基团是以-XH表示的，其中X可以是任何具有二价键的原子或原子团。-X基团也可以-OH或-YOH表示，其中Y可以是任何具有二价键的原子或原子团。更具体地说，优选的质子离解基团除了-OH和-OSO3H(上面所说的)之外，还包括-COOH、-SO3H和-PO(OH)2。
根据本发明，在构成富勒烯分子的碳原子数目之内，必要时可以将尽可能多的质子离解基团引入富勒烯分子中。优选质子离解基团的数目为5个或更多，但少于构成富勒烯的碳原子数目的一半，以使富勒烯具有电子吸引容量所必需的剩余电子。
如上所述，在本发明中需将富勒烯衍生物作为质子导电材料的组成。它是通过任何已知的方法，对富勒烯粉末进行酸处理或水解而合成的，从而将希望的质子离解基团引入到构成富勒烯的碳原子中。(在下面的实施例部分将详细说明其合成。)获得的富勒烯衍生物粉末可通过压制或过滤而形成片状、薄膜或任何其它形状。其成形不需要粘结剂。所形成的产品基本上由富勒烯衍生物组成，它是所希望的具有高质子导电性和重量轻的质子导电材料。
根据本发明，主要由上述富勒烯衍生物组成的质子导电材料适用于各种电化学装置，该装置主要由第一电极、第二电极和放置在这两个电极之间的一种质子导电材料所组成。在各种电化学装置中，其最适合用于燃料电池。
在燃料电池中，通过如图2和9所示意的机理发生质子导电。质子导电部件1处于第一电极2(例如，负极或氢电极)和第二电极3(例如，正极或氧电极)之间。离解的质子(H+)以箭头所示的方向从第一电极一侧移向第二电极一侧。
燃料电池的一个典型实例示于图1中。燃料电池1具有相互面对的负极2和正极3。每一个电极具有紧密附着在其上或分散在其中的一种催化剂。在这些电极之间放置了一种质子导电部件1。在负极2和外包装4之间形成了燃料腔室5。在燃料腔室的一端是连接燃料供口6(用于提供甲醇和水)的开口。当燃料电池工作时，通过燃料供口6向负极2供给甲醇和水。反应产物从排放口(没有示出)排出。有些燃料电池没有排放口。当通过燃料腔室5时，甲醇和水在负极2上相互反应而产生质子。这样产生的质子和由质子导电部件1所产生的那些质子一起向正极3移动。它们在正极3的表面上与氧气或空气反应，从而产生所要求的电动势。
如上述构成的燃料电池，其特性在于，具有高的质子导电性，因为在质子导电部件1中通过离解所产生的质子和从负极2供给的质子都向正极3移动。因此，其不需要加湿部件，这对简化结构和降低重量有贡献。
本发明的电化学装置，如燃料电池，是以甲醇和水作为燃料的。该燃料可以是气态或液态或其混合物。如图2所示(化学反应式)，甲醇和水在第一电极附近互相反应形成质子、电子和二氧化碳。该质子通过质子导电部件1到达第二电极，在这里质子与氧气或空气反应形成水。
根据本发明，第一电极优选应由载有铂族催化剂的导电材料构成。该铂族包括铂和钌，优选是前者。
本发明最适合应用于燃料电池。其也可应用于空气电池，其中至少第一电极或第二电极是空气电极。另外，在优选实施方案中，第一电极或第二电极中的至少一个电极应是活性物质的电极。
现在，参考下面的实施例将详细叙述本发明，实施例详细叙述了生产富勒烯衍生物和质子导电材料的方法，以及测试质子导电性的方法。这些方法并不限制本发明的范围。<用于例1的富勒烯多氢氧化物的合成>
根据文献(Chiang，L.Y.；Wang，L.Y.；Swirczewski，J.W.；Soled，S.；和Cameron，S.；J.Org.Chem.1994，59，3960)所述的工艺进行合成。将2g由85％的C60和15％的C70所组成的富勒烯混合物(粉末)在氮气气氛下在60℃，在30ml的发烟硫酸中搅拌3天。将获得的反应产物缓慢地加入在冰浴中冷却的无水乙醚中以进行沉淀。对沉淀物进行离心分离，然后用乙醚洗涤3次并用2∶1的乙醚和乙腈混合物洗涤2次。在减压下在40℃干燥洗涤过的沉淀物。将干燥的产物在60ml的去离子水中，使用氮气鼓泡在85℃下搅拌10小时。对沉淀物进行离心分离，并使用纯净水洗涤几次，每次洗涤后进行离心脱水。在减压下，在40℃干燥洗涤过的沉淀物。使用FT-IR对获得的褐色粉末进行鉴定。得到与上述文献所述C60(OH)12的IR光谱几乎一样的结果。这样可以确定这样获得的粉末是希望的富勒烯多氢氧化物。在上述工艺中所涉及的C60的反应可以由下面的化学反应式表示+H2O
(SO3) (x＝5～6) (y＝10～12)<从富勒烯多氢氧化物聚集体制备用于例1的片>
从上述获得的富勒烯多氢氧化物粉末中取出90mg，在一个方向上对其压制以形成直径15mm的圆片。该压力为约5吨/cm2。尽管完全没有粘结剂树脂，富勒烯多氢氧化物也容易形成片状。获得的片厚度约为300μm。用于例1。<用于例2的富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯(完全为酯)的合成>
根据上述文献所述的工艺进行合成。将1g的富勒烯多氢氧化物在氮气气氛下，在室温下，在60ml的发烟硫酸中搅拌3天。将获得的反应产物缓慢地加到在冰浴液中冷却的无水乙醚中以进行沉淀。对沉淀物进行离心分离，然后使用乙醚对其洗涤3次和使用2∶1的乙醚和乙腈混合物对其洗涤2次。在减压下，在40℃干燥洗涤过的沉淀物。使用FT-IR对获得的粉末进行鉴定。得到与上述文献所述的完全酯化的富勒烯多氢氧化物的IR光谱几乎一样的结果。这样可以确定这样获得的粉末是希望的富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯。在上述工艺中所涉及的C60(OH)y的反应可以由下面的化学反应式表示+H2SO4<从富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯的聚集体制备用于例2的片>
从上述获得的富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯粉末中取出70mg，在一个方向上对其压制以形成直径15mm的圆片。该压力为约5吨/cm2。尽管完全没有粘结剂树脂，富勒烯聚氢氧化物的氢硫酸酯也容易形成片状。获得的片的厚度约为300μm。用于例2。<用于例3的富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯(部分为酯)的合成>
将2g由85％的C60和15％的C70所组成的富勒烯混合物(粉末)在氮气气氛下在60℃，在30ml的发烟硫酸中搅拌3天。将获得的反应产物缓慢地加入在冰浴液中冷却的无水乙醚中以进行沉淀。对沉淀物进行离心分离，然后使用乙醚对其洗涤3次和使用2∶1的乙醚和乙腈混合物对其洗涤2次。在减压下在40℃干燥洗涤过的沉淀物。使用FT-IR对干燥的粉末产物进行鉴定。其给出的光谱与含有部分羟基和部分OSO3H基团的富勒烯衍生物的几乎一样。这样可以确定这样获得的粉末是所希望的产物。在上述工艺中所涉及的C60的反应可以由下面的化学反应式表示+H2O
(SO3) (x＝5～6) (z＋z′＝10～12)<从富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯的聚集体制备用于例3的片，>
从上述的富勒烯多氢氧化物的氢硫酸酯(部分为酯)粉末中取出80mg，在一个方向上对其压制以形成直径15mm的圆片。该压力为约5吨/cm2。尽管完全没有粘结剂树脂，该粉末也容易形成片状。获得的片的厚度约为300μm。其用于例3。<从富勒烯的聚集体制备用于例4的片>
从用于上述合成的富勒烯粉末中取出90mg，在一个方向上对其压制以形成直径16mm的圆片。该压力为约5吨/cm2。尽管完全没有粘结剂树脂，该富勒烯粉末也容易形成片状。获得的片厚度约为300μm。其用于例4(用于比较)。<对用于例1～4的片的质子导电性的测量>
根据下面的方法对例1～4的片进行导电性测试。将每一个片放置在具有与该片同样直径(15mm)的圆铝片之间。在横向铝片施加频率为7MHz～0.01Hz的交流电压(振幅为0.1V)。在干燥气氛下，测量在每一频率下的复合阻抗。
用于测量阻抗的装置可以用如图10A所示的等效电路表示。在例1～3的片的情况下，质子导电部件1由电阻10和电容11平行放置而构成，并且在第一电极2和质子导电部件1之间形成电容12且在第二电极3和质子导电部件1之间形成电容12′。顺便提及，电容11表示质子迁移所产生的延迟效应(或在高频时的相延迟)以及电阻10是表示质子迁移灵活性的参数。
阻抗Z由Z＝Re(Z)＋i·Im(Z)表示。它表示由上述等效电路所表示的与质子导电部件有关的频率。
顺便提及，图10B表示没有质子离解基团(在用于比较的例4中)的普通富勒烯分子的等效电路。图10中的参考数字1a表示富勒烯部分。
在例1和4中的片其阻抗如图11所示。在例4中的复合阻抗的频率特性(以B表示)与电容的行为一样。换句话说，纯富勒烯的聚集体没有因带电粒子(如电子和离子)而表示导电的迹象。相反，在例1中复合阻抗的频率特性(以A表示)是在高频区域有略微平缓的半圆曲线。这认为是在片中由于带电粒子的导电所致。另外，在低频区域观察到阻抗的虚数(imginary part)部分急剧上升。这认为是当施加的电压渐渐地接近DC(直流)电压时，在该片和铝电极之间发生了带电粒子的阻塞。已知在片中的带电粒子不是电子也不是空穴而是离子，因为事实上在铝电极一侧的带电粒子是电子。从所使用的富勒烯醇的结构看，带电粒子除了是质子之外不会是其它任何粒子。
这些带电粒子的导电性可以从高频区域圆弧截取X-轴而获得。在例1中片的计算值约为5×10-6S/cm。另外，对例2和3的片进行与上述同样的测量。它们阻抗的频率特性与例1的相似。但是，如表1所示从截取X-轴而计算出的例1～3中片的导电性是不同的。
表1用作质子导电材料的片的导电性(25℃)
上述表明，当用OSO3H基团取代羟基时，片的导电性有大的增加。这是由于在OSO3H基团中比在羟基中更容易发生氢的离解。上述现象认为，具有羟基或OSO3H基团或两者的聚集体形式的富勒烯衍生物，在干燥气氛的室温下允许质子导电。
在温度范围为160℃～-40℃之间，对例1的片进行测试，并且从高频区的圆弧获得了与温度相关的导电性。将获得的数值以Arrhenius(阿仑尼乌斯)形式绘图，如图12所示。注意到，在温度范围为160℃～-40℃之间其导电性是线性变化的。换句话说，从图12的曲线可以认为，在上述温度范围内是由单一机理进行离子导电。其结论是，由富勒烯衍生物构成的质子导电材料，在包括室温即从160℃～-40℃的很宽的温度范围内可使质子导电。
实施例1用下面的方法制备如图1所示的燃料电池。由载有铂细颗粒的碳粉末形成用于正极的催化剂。由载有以摩尔比1∶1混合的铂和钌的细颗粒的碳粉末形成用于负极的催化剂。
通过用氢硫酸酯化的富勒烯醇粉末和聚偏二氟乙烯(PVdF)粉末(含量为5％重量)溶解在正甲基吡咯烷酮(NMP)的溶液涂敷电极而形成薄膜形式的质子导电材料或富勒烯醇电解质。
通过燃料供口向以这种方法制备的燃料电池供给混合摩尔比为1∶1的甲醇和水。在室温下(23℃)，该燃料电池所产生的开路电压为0.8V。该电压几乎不随时间而变化(见图3)。这认为是在富勒烯醇电解质中没有发生跨接。
在比较例1中，制备燃料电池，其中使用Nafion117替代了上述富勒烯醇电解质。如图3所示，该燃料电池即时地产生了电压，但该电压迅速下降。当供入混合摩尔比为1∶5的甲醇和水(液态)时，该燃料电池继续产生随时间波动的电压。
电压与电流密度之间的关系示于图4。显然在整个电流密度范围内实施例1的燃料电池比比较例的燃料电池保持更高的电压和输出。
实施例2除了将铂和钌混合在一起的细颗粒改变成单一的铂细颗粒作为负极的材料之外，制备与实施例1同样的燃料电池。通过燃料供口向温度保持在150℃的燃料电池供给混合摩尔比为1∶1的甲醇和水。该燃料电池给出的电压-电流关系如图5所示。
使用铂催化剂的直接甲醇型燃料电池的缺点是，通过甲醇的直接氧化形成作为中间产物的一氧化碳，并且该一氧化碳降低吸附在铂催化剂上催化剂的活性。(在实施例1中没有这种情况，其中与铂结合使用的钌将一氧化碳转变成了二氧化碳，而不损坏催化剂)。
尽管在该实施例中燃料电池使用了单一的铂作为催化剂，因为富勒烯醇电解质可以加热到高达150℃。因此，它明显可防止铂催化剂因吸附一氧化碳而损坏。这通过图5所示的结果可以证明。
相反，在比较例1中的燃料电池，其使用Nafion117作为电解质，当加热到150℃时，不能产生电能，因为该电解质膜在正常蒸气压下不能保留水分。
如上所述，通过结合直接甲醇法和主要成分为上述的富勒烯衍生物的固体电解质，本发明的电化学装置产生了质子(并因此产生电)。因此，它产生了高的电能而没有跨接，得到提高的燃料效率，并允许宽范围地选择电极催化剂。
虽然本发明的优选实施方案使用专业术语进行叙述，但是这样的描述仅仅是为了说明的目的，并且可以理解在不脱离下面权利要求的实质或范围可以作改变和变化。
权利要求
1.一种电化学装置，包括第一电极、第二电极和放置在这两个电极之间的一种质子导电材料，所述质子导电材料含有作为主要成分的是一种具有引入富勒烯的碳原子中的质子离解基团的富勒烯衍生物并且所述第一电极允许甲醇和水之间反应以产生质子。
2.根据权利要求1的电化学装置，其具有如此的结构以致于可以用作燃料电池，其中所述第一电极具有供给甲醇和水的供口。
3.根据权利要求1的电化学装置，其中所述质子离解基团是-OH或-YOH(这里Y代表具有二价键的任何原子或原子团)。
4.根据权利要求1的电化学装置，其中所述质子离解基团是选自下列的任何一个基团-OH；-OSO3H；-COOH；-SO3H；和-PO(OH)2。
5.根据权利要求1的电化学装置，其中所述富勒烯是球状碳原子簇。
6.根据权利要求1的电化学装置，其中所述富勒烯是由Cm(这里m＝36、60、70、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118和120)表示的球状碳原子簇。
7.根据权利要求1的电化学装置，其中所述第一电极是由一种载有铂族催化剂的导电材料制成的。
8.根据权利要求7的电化学装置，其中所述铂族催化剂是一种单一铂的催化剂或一种铂和钌的催化剂。
9.一种电化学装置的操作方法，该电化学装置具有第一电极、第二电极和放置在这两个电极之间的一种质子导电材料，所述质子导电材料含有作为主要成分的一种具有引入富勒烯碳原子中的质子离解基团的富勒烯衍生物，所述方法包括向第一电极供给甲醇和水而使其反应产生质子。
10.根据权利要求9的电化学装置的操作方法，其中电化学装置用作一种燃料电池。
11.根据权利要求9的电化学装置的操作方法，其中所述质子离解基团是-OH或-YOH(这里Y代表具有二价键的任何原子或原子团)。
12.根据权利要求11的电化学装置的操作方法，其中所述质子离解基团是选自下列的任何一个基团-OH；-OSO3H；-COOH；-SO3H；和-PO(OH)2。
13.根据权利要求9的电化学装置的操作方法，其中所述富勒烯是球状碳原子簇。
14.根据权利要求9的电化学装置的操作方法，其中所述富勒烯是由Cm(这里m＝36、60、70、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118和120)表示的球状碳原子簇。
15.根据权利要求9的电化学装置的操作方法，其中所述第一电极是由一种载有铂族催化剂的导电材料制成的。
16.根据权利要求15的电化学装置的操作方法，其中所述铂族催化剂是一种单一铂的催化剂或一种铂和钌的催化剂。
全文摘要
一种电化学装置(或一种燃料电池),其包括负极、正极和放置在两个电极之间的一种质子导电部件,所述质子导电部件是富勒烯醇电解质,负极具有燃料供给口,通过其供入甲醇和水。该电化学装置是基于固体电解质和直接甲醇法(其中甲醇与水直接氧化)。其产生高的电能而没有跨接,得到提高的燃料效率并可以宽范围地选择电极催化剂。
文档编号H01M8/10GK1339842SQ0114108
公开日2002年3月13日 申请日期2001年8月18日 优先权日2000年8月18日
发明者日隈弘一郎 申请人:索尼公司