专利名称：控制废气排放并发电的电化学催化剂转化器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学催化剂转化器(electrochemical-catalytic converter)，尤其涉及一种能有效降低废气中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物的含量， 借以控制废气排放且同时发电的电化学催化剂转化器。
背景技术：
清新与洁净的空气是人类生活的基本要件之一，呼吸干净无污染的空气能确保人类稳定健康地生存。科技的卓越提升，虽带动经济的迅速发展，然而，来自于交通工具及各式林立工厂的废气排放，确也导致空气遭受污染，而对人类生活的空气质量影响甚巨。其中，重工厂和机动车辆是众多污染物质的主要来源。以机动车辆为例，虽然机动车辆排放标准不断提高，但由于车辆数量不断增加， 车辆排放废气所带来的空气污染问题，仍然与日俱增。一般来说，机动车辆引擎的运转是将不同形式燃料经由汽缸内燃而释放出热能，并产生传输动力；但在燃烧过程中，产生的废气通常包含氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(hydrocarbons，HCs), 粒状物(particulate matter, PM)等有害污染物，该等物质不仅会形成光化学烟雾 (photochemical smog)，更会破坏臭氧、加剧温室效应的恶化及引致酸雨等，进而破坏生态环境，危害人体健康。其中，一氧化碳来自引擎的不完全燃烧，其与血红素结合成一氧化碳血红素 (COHb)的能力为血红素与氧结合成氧合血红素(HbO2)的300倍，故空气中一氧化碳浓度过高时，将影响血红素输送氧气的功能；氮氧化物则来自氮气与氧气的化合，主要以一氧化氮 (NO)或二氧化氮(NO2)的形式排出，而与碳氢化合物经紫外线照射后发生反应形成有毒的光化学烟雾，具有特殊气味、刺激眼睛、伤害植物，并使大气能见度降低，且氮氧化物与空气中的水反应形成硝酸及亚硝酸，是酸雨的成分；碳氢化合物在低浓度时即会刺激呼吸系统， 若浓度提高，则会对中枢神经系统的运作机能产生影响。因此，不管我国或是欧盟、日本、美国等先进国家，均已订定益趋严格的废气排放标准(如美规BIN5以及欧规EURO 6)，针对氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物和粒状物等废气的排放订定标准，借以控制并减少有害气体的排放，同时鼓励业者制造、研发、引进使用最新污染防制技术的产品。习用富氧燃烧(lean burn)废气排放控制技术中，并无任何单一装置或转化器可同时对氮氧化物(NOx)、一氧化碳(C0)、碳氢化合物(HCs)和粒状物进行转化。以富氧燃烧机动车辆排气系统的催化剂转化器来说，其大多仅针对一氧化碳与碳氢化合物进行催化， 催化性滤烟器(catalytic particulate filter)则捕集与氧化粒状物，而对于氮氧化物， 则必须依赖其它辅助的装置或系统对其进行转化。例如现今柴油车辆的排气管除安装氧化催化剂转化器用以催化一氧化碳和碳氢化合物的氧化外，多数需再另行搭配废气再循环系统(exhaust gas recirculation, EGR)等控制氮氧化物的排放，较新者则以加装选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)系统来还原氮氧化物。
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选择性催化还原系统是利用氨气(NH3)或尿素(urea，CO(NH2)2)水溶液作为反应物，尿素水溶液经喷嘴注入排气管中会与水反应形成氨气，遂再与氮氧化物进行反应，使其转变为氮气(N2)和水(H2O)。然而，具毒性的氨气除储藏不易有外漏风险外，其反应不完全时会造成二次污染；再者，该选择性催化还原系统的体积庞大，且多数需搭配精密传感器辅助控制。此外，美国专利第M01372 号的 “Electrochemical catalytic reduction cell for the reduction of NOx in an O2-Containing exhaust emission，，公开了一禾中单独去除氮氧化物的装置，其利用电化学催化剂还原反应，配合五氧化二钒(vanadium pentaoxide, V2O5)催化剂催化辅助氮氧化物转化为氮气；该装置须外加电源供应，致使该装置中的一电化学电池运作，如此不仅耗费能源且无法实现同时去除废气中有害气体的目标。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电化学催化剂转化器，用以控制废气中有害气体的排放，并同时发电，借此同时去除废气中的氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和粒状物， 并避免电源的消耗。为了实现前述目的，本发明的电化学催化剂转化器包含至少一电池模块、一加热单元、一燃料输入单元、一燃料输出单元、一废气输入单元以及一废气输出单元。该电池模块包含层状排列的一阴极部、一阳极部以及一膜电极组，该膜电极组位于该阴极部以及该阳极部之间，该阴极部包含氧化催化剂；该燃料输入单元和该燃料输出单元分别连接于该阳极部两侧，以作为该电池模块运作时一燃料的输入端以及输出端；该废气输入单元和该废气输出单元分别连接于该阴极部两侧，作为该电池模块欲处理一废气的输入端以及输出端。其中，该加热单元加热该膜电极组至一工作温度，使该燃料在该膜电极组进行电化学反应而发电；该废气中的氮氧化物则在该膜电极组进行电化学反应而形成氮气，该废气中的一氧化碳、碳氢化合物和粒状物则借该氧化催化剂催化而形成二氧化碳和水，借以净化该废气。有关本发明的详细技术内容及优选实施例，配合
如后。
本发明的实施方式结合附图予以描述图1为本发明一实施例的系统示意图；图2为本发明一电池模块实施例的架构示意图；图3为本发明另一实施例的系统示意图；及图4为本发明另一电池模块实施例的架构示意图。
具体实施例方式本发明提出一种电化学催化剂转化器，用以减少废气中氮氧化物(NOx)、一氧化碳 (Co)、碳氢化合物(HCs)和粒状物(PM)的排放并同时发电。须说明的是，本发明的电化学催化剂转化器可适用于任何废气的排放装置，例如工厂烟 、发电机、各式车辆、交通工具、 船舶等的废气排放装置等，在此并无特别的限定。而本发明所说的“废气”，则泛指欲净化处理的气体，其可包含上述四项有害成分，或是仅包含其一或其二；故，本发明所说的“废气” 不必然须由上述四项有害成分所组成。有关本发明的详细说明及技术内容，现配合
如下请参阅图1至图2所示，其为本发明的系统示意图以及一电池模块实施例的架构示意图，如图所示本发明的电化学催化剂转化器1包含一电池模块10、一加热单元20、一废气输入单元30、一废气输出单元40、一燃料输入单元50以及一燃料输出单元60 ；该加热单元20用以加热该电池模块10，使之达到其工作温度；该废气输入单元30和该废气输出单元40分别连接电池模块10，作为该电池模块10净化废气的输入及输出端，其中废气输入单元可自一废气源70输入废气，该废气源70例如锅炉、烟@、发电机、车辆引擎等产生废气来源者，其中该废气输入单元30还具有一空气加入单元80，其用以将空气加入至废气中， 此空气加入单元80可为一空气泵；该燃料输入单元50和该燃料输出单元60分别连接电池模块10，作为提供该电池模块10运作的燃料输入及输出端，其中该燃料输入单元可包含一燃料储存筒，其内储藏燃料输送至燃料输入端。其中，该电池模块10的堆叠结构可为一固态氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)的堆叠结构，包括管状的(tubular)与平面的(planar)，但不以其为限。该电池模块10可再细部区分，包含一阴极部11 (cathode compartment)、一阳极部12 (anode compartment)以及一膜电极组 13 (membrane-electrode assembly,MEA)。该阴极部 11、阳极部12以及膜电极组13彼此层状排列，且该膜电极组13位于阴极部11与阳极部12之间。进一步地，该膜电极组13包含一阴极层131 (cathode)、一阳极层132 (anode)与一电解质层133 (electrolyte)；该电解质层133位于阴极层131与阳极层132之间。该膜电极组13为本发明发生电化学反应的场所，其中电解质层133用以传导离子并阻隔分别位于阴极层131与阳极层132的反应气体。在上述一实施例中，该电解质层133可为一固态电解质，该固态电解质属于无孔膜结构，能以薄膜方式阻隔两侧气体并传导离子；其材质可选自由萤石结构金属氧化物 (fluorite metal oxides) MHiItiTg丰勾DSfi^L (perovskite metal oxides) PJf 组成的群组其一或其组合；例如萤石结构的氧化钇稳定化氧化锆(yttria-stabilized zirconia, YSZ)、稳定化氧化锆、萤石结构的氧化钆掺杂氧化铈(gadolinia-doped ceria， ⑶C)、掺杂氧化铈、钙钛矿结构的锶及镁掺杂镓酸镧(strontium/magnesium-doped lanthanum gal late, LSGM)、掺杂镓酸镧。阳极层132与阴极层131则选择多孔性材质，在一实施例中，该阳极层132的材质可选自由镍及萤石结构金属氧化物金属陶瓷(cermet of nickel and fluorite metal oxides)、钙钛矿结构金属氧化物、萤石结构金属氧化物、加金属的钙钛矿结构金属氧化物以及加金属的萤石结构金属氧化物所组成的群组其一或其组合，例如镍及氧化钇稳定化氧化锆金属陶瓷(Ni-YSZ cermet)、镍及氧化钆掺杂氧化铈金属陶瓷(Ni-GDC cermet)；该阴极层131的材质可选自由钙钛矿结构金属氧化物、萤石结构金属氧化物、加金属的钙钛矿结构金属氧化物以及加金属的萤石结构金属氧化物所组成的群组其一或其组合，例如 钙钛矿结构的镧锶钴铁氧化物、镧锶锰氧化物、镧锶钴铁氧化物及氧化钆掺杂氧化铈的组合、镧锶锰氧化物及氧化钆掺杂氧化铈的组合、加钒的镧锶钴铁氧化物、加钒的镧锶锰氧化物、加钒的镧锶钴铁氧化物及氧化钆掺杂氧化铈的组合、加钒的镧锶锰氧化物及氧化钆掺
7杂氧化铈的组合。本发明的废气输入单元30及废气输出单元40连接于阴极部11的两端，其中阴极部11可再包含一阴极流道111 (cathode channel)以及一阴极电流收集层112 (current collect layer)。其中，该阴极电流收集层112或阴极流道111包含氧化催化剂(oxidation catalyst)(图中未示)，该些氧化催化剂可以微粒型式覆于阴极电流收集层112或阴极流道111的表面，或可为接于该阴极电流收集层112与阴极流道111之间的多孔层(porous layer)(图中未示)，用以催化气体的氧化反应；该阴极流道111两侧则分别连接该废气输入单元30与该废气输出单元40。该阳极部12两端分别连接燃料输入单元50及燃料输出单元60，其可再包含一阳极流道121 (anode channel)以及一阳极电流收集层122 ；该阳极流道121两侧分别连接该燃料输入单元50与该燃料输出单元60。其中，上述的阴极电流收集层112与阳极电流收集层122可同时收集膜电极组13产生的电流。借此，欲进行去污处理的废气可自废气输入单元30输送至阴极部11的阴极流道 111。更进一步地，废气中的氮氧化物可输送至阴极层131发生电化学反应，进而生成氮气； 而废气中的一氧化碳、碳氢化合物和粒状物则借阴极部11中的氧化催化剂氧化为二氧化碳和水；最后，未参与反应的废气及反应后的气体，可再经由阴极流道111输送至废气输出单元40而排出。类似地，在阳极部12方面，欲反应的燃料可自燃料输入单元50输送至阳极部12的阳极流道121，位于阳极流道121的燃料再输送至阳极层132发生电化学反应而发电；未反应的燃料以及反应后的产物，可再通过阳极流道121输送至燃料输出单元60而排出。本发明是借由膜电极组13的电化学反应以及阴极部11的催化剂反应，同时于电池模块10中去除废气中的有害成分，并发电产生电能。以下将分别针对阳极层132与阴极层131的电化学反应，以及上述有害成分的反应原理分别详述。首先，使用于本发明的燃料可为氢气(H2)、甲醇、乙醇、汽油、柴油或天然气、液化石油气等。该些燃料可自燃料输入单元50传送入阳极部12，可在阳极部12中气化，并可进行燃料重组(fuel reforming)转化为富含氢(H2)及一氧化碳(CO)的燃料。进入阳极层132的燃料可在阳极层132与氧离子(02_)发生反应，并同时产生电子而发电。其中，氢及一氧化碳的化学反应如下式(1)、O)H2+02_ — H20+2e"(1)C0+02- — C02+2e"(2)其中，参与反应的氧离子是产生于阴极层131，再经电解质层133的传递而进入阳极层132;氧离子的来源可为废气中的氧气，再在阴极层131经下式(3)而产生，或是为阴极层131进行去氮氧化物(nitrogen oxide abatement，或简写DeNOx)的反应产物，此部分容后详述。02+4e" ^ 202-(3)未反应的燃料与反应后的产物可输送至燃料输出单元60而排出。在实务应用上， 自燃料输出单元60输出后的产物可回收通入产生废气的炉腔(furnace)或引擎，做为该些炉腔或引擎的燃料再利用，举例来说，若本发明的电化学催化剂转化器1使用于汽车的排气处理系统，则自燃料输出单元60输出的气体可导入汽车引擎的化油器(carburetor)再予利用。 来自废气中的有害成分则在阴极部11和阴极层131反应为无害气体。其中，有害的氮氧化物主要为一氧化氮(NO)与二氧化氮(NO2),其可于阴极层131发生电化学反应而产生氮气，其反应式为下式G)、(5)；反应产物中的氧原子可形成氧离子，如下式(6)，该些氧离子可穿越电解质层133至阳极层132反应。2N0 — N2+20(4)2N02 — N2+40(5)0+2e" O2-(6)在反应之初，本发明的电化学反应是借加热单元20提供热能，以驱动阴极层131 的氧离子穿越电解质层133而在阳极层132发生反应；又由于阳极层132可产生电子发电， 再考虑本发明的系统结构及加热单元20的温控准确性，本发明的加热单元20可为一电热元件(electrical heating element)；在上述一实施例中，该加热单元20可以包覆式电热线圈方式嵌合(embedded)于该电池模块10的阳极部12，如嵌合于阳极部12的阳极流道 121或阳极电流收集层122，以对膜电极组13加热，但不以其为限；在上述另一实施例中，该加热单元20可加热膜电极组13至450 800°C的工作温度区间，使氧离子电解质层133的传递较具效率；考虑到电解质层133材料的改善及较低的氮氧化物转化需求，上述的工作温度可适度地降低。对于去除废气中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HCs)和粒状物的反应方面，其可借阴极部11的氧化催化剂催化形成无害气体，其中，废气中的一氧化碳可氧化为二氧化碳； 碳氢化合物和粒状物(含碳(C)物质)可氧化为二氧化碳和水，其反应式分别如下式(7)、 (8)及(9)2C0+02 — 2C02(7)HCs+02 — H20+C02(8)C+02 —(X)2(9)在上述一实施例中，氧化催化剂的材质选自由金属、合金、萤石结构金属氧化物以及钙钛矿结构金属氧化物所组成的群组其一或其组合。请再参阅图3所示，其为本发明电化学催化剂转化器另一实施例的系统示意图。 本实施例与前述实施例的不同之处，在于本实施例中，该电化学催化剂转化器2包含多个电池模块10以及多个加热单元20，且每一电池模块10互相堆叠设置；该些加热单元20的数量可与电池模块10的数量相等或不等，但每一电池模块10可受该些加热单元20加热而运作。该废气输入单元30及该燃料输入单元50可以分管、分流型式将废气或燃料输入每一电池模块10 ；相对地，每一电池模块10最后欲排出的废气和燃料再以分管或分流型式汇集，而集中至该废气输出单元40和该燃料输出单元60排出。借此，进入电化学催化剂转化器2的废气可经由数目较多的电池模块10转化为无污染气体，可相对地提升废气处理的效率。本发明的电化学催化剂转化器1、2亦可串联或反向并联使用，以增加废气处理或热能使用的效率。反向并联为基于该电池模块10的堆叠结构为一平面的固态氧化物燃料电池 (planar S0FC)的堆叠结构；以两个电池模块10的堆叠为例，其是将其一电池模块10的各层依图2所示的反向排列，而使此一电池模块10的阳极电流收集层122与另一电池模块10 的阳极电流收集层122并接同一加热单元20，而由此一加热单元20提供此两个电池模块10加热，因而可减少加热单元20的数量，并增加热能使用的效率。请再参阅图4所示，其为本发明电化学催化剂转化器另一电池模块10实施例的架构示意图，因其工作原理与上述相同，故以下仅针对结构相异处作说明。相较于上述实施例，本实施例中，电池模块10的分层堆叠成一管状固态氧化物燃料电池(tubular S0FC)的堆叠结构；如图所示该电池模块10自管状结构中心往外层状方向依序包含一加热单元 20、一阳极部12、一膜电极组13以及一阴极部11 ；其中，阳极部12自内而外又包含一阳极流道121与一阳极电流收集层122 ；膜电极组13自内而外又包含一阳极层132、一电解质层133以及一阴极层131 ；该阴极部11自内而外又包含一阴极电流收集层112以及一阴极流道111。该加热单元20嵌合于该阳极流道121中，用以加热该电池模块10，使之达到工作温度。其中，该阴极电流收集层112包含氧化催化剂(图中未示)，该些氧化催化剂可以微粒型式覆于阴极电流收集层112的表面，用以催化气体的氧化反应。在一实施例中，该阳极电流收集层122的材质可选自金属以及合金，例如为银、镍、铁镍合金；该阴极电流收集层112的材质可选自由金属以及钙钛矿结构金属氧化物所组成的群组其一或其组合，例如银、金、钼、镧锶钴铁氧化物、镧锶锰氧化物。而在本发明的电化学催化剂转化器2包含多个如图4所示的管状结构的电池模块10时，其所有阴极流道111相接，因此可不须采用分管、分流型式自该废气输入单元30输入废气至电池模块10或自电池模块10输出废气至该废气输出单元40。本发明通过电化学催化剂反应，可有效除去废气中的有害成分，并可同时发电而一举两得。实务上，发电产生的电压可达到0.6伏特的水平，且其不易受阴极层131的氮氧化物电化学反应而波动，可作为一相当稳定的供电来源。此外，加热单元20使膜电极组13 达到工作温度后，由于阳极层132电化学氧化的放热反应以及在阴极部11催化剂氧化的放热反应可持续提供热量，因此可相对地减少电池模块10运作的电能耗费，甚至于产出超过维持工作温度的额外热量而可供他用。另一方面，废气中的含氧量越高，可相对地提升电化学催化剂转化器1、2的运作效率，因此，本发明尤适合应用于富氧燃烧引擎的废气处理，例如装置于柴油车辆的排气系统；此外，本发明可处理无论再高浓度的N0X，因此可充分利用 NOx与粒状物交换(NOx-particulate matter trade-off)的生成机制去降低粒状物的浓度以致不再需要滤烟器，所生成微量的粒状物可用氧化催化剂处理；如此，可相对于现有技术具备更佳的废气处理机制，即将现有技术所需要的NOx还原系统和氧化催化剂转化器合而为一，并具备更佳的废气处理效率。另外，本发明可作为提供电能的辅助电力装置，可在处理或不处理废气时发电。以上所述，仅为本发明的优选实施例，非欲局限本发明专利的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化与修饰，均同理包含于本发明的权利保护范围。
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权利要求
1.一种电化学催化剂转化器，用以控制废气排放并发电，其包含至少一电池模块(10)，所述电池模块(10)包含一阴极部(11)、一阳极部(1 以及一膜电极组(13)，所述膜电极组(1 位于所述阴极部(11)以及所述阳极部(1 之间，所述阴极部(11)包含一氧化催化剂；一加热单元(20)，嵌合于所述电池模块(10)；一燃料输入单元(50)和一燃料输出单元(60)，分别连接于所述阳极部(1 两侧，以分别作为所述电池模块(10)运作时燃料的输入端以及输出端；以及一废气输入单元(30)和一废气输出单元(40)，分别连接于所述阴极部(11)两侧，以分别作为所述电池模块(10)欲处理废气的输入端以及输出端；其中，所述加热单元00)将所述膜电极组(1 加热至一工作温度，使所述燃料在所述膜电极组(1 进行电化学反应而发电；所述废气中的氮氧化物则在所述膜电极组(13)进行电化学反应而形成氮气，所述废气中的一氧化碳、碳氢化合物和粒状物则由所述氧化催化剂催化而形成二氧化碳和水，借以净化废气。
2.根据权利要求1所述的电化学催化剂转化器，其特征在于，所述膜电极组(1 包含一电解质层(133)、一阴极层(131)以及一阳极层(132)；所述电解质层(133)位于所述阴极层(131)与所述阳极层(132)之间，所述阴极层(131)与所述阳极层(132)则分别连接所述阴极部(11)与所述阳极部(12)；所述阴极部(11)包含一阴极流道(111)以及一阴极电流收集层(112)，所述阳极部(1 包含一阳极流道(121)以及一阳极电流收集层(122)；其中，所述废气输入单元(30)与所述阴极流道(111)连通，使所述废气可在所述阴极部(11) 进行氧化反应，并到达所述阴极层(131)进行电化学反应；所述燃料输入单元(50)与所述阳极流道(121)连通，使所述燃料可到达所述阳极层(13 进行电化学反应。
3.根据权利要求1所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述废气输入单元(30)包含一空气加入单元(80)，其用以将空气加入至废气中。
4.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阴极部(11)、所述膜电极组(1 以及所述阳极部(1 层状排列，使所述阴极电流收集层(112)、所述阴极流道(111)、所述阴极层(131)、所述电解质层(133)、所述阳极层(132)、所述阳极流道(121)以及所述阳极电流收集层(12 彼此依序层叠。
5.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阴极部(11)、所述膜电极组(1 以及所述阳极部(1 层状排列，使所述阴极流道(111)、所述阴极电流收集层(112)、所述阴极层(131)、所述电解质层(133)、所述阳极层(132)、所述阳极流道(121)以及所述阳极电流收集层(12 彼此依序层叠。
6.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阴极部(11)、所述膜电极组(1 以及所述阳极部(1 层状排列，使所述阴极流道(111)、所述阴极电流收集层 (112)、所述阴极层(131)、所述电解质层(133)、所述阳极层(132)、所述阳极电流收集层 (122)以及所述阳极流道(121)彼此依序层叠。
7.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述加热单元(20)、所述阳极部(12)、所述膜电极组(1 以及所述阴极部(11)依序堆叠成一管状结构，使所述加热单元00)位于所述管状结构的中心，所述阳极流道(121)、所述阳极电流收集层(122)、所述阳极层(132)、所述电解质层(133)、所述阴极层(131)、所述阴极电流收集层(11 以及所述阴极流道(111)依序环绕所述加热单元(20)而层叠。
8.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述工作温度为450 900 "C。
9.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述加热单元00)为一电热元件。
10.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述加热单元00)嵌合于所述阳极部(12)。
11.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述氧化催化剂的材质选自由金属、合金、萤石结构金属氧化物以及钙钛矿结构金属氧化物所组成的群组中的一种或其组合。
12.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述氧化催化剂以微粒型式覆于所述阴极电流收集层(112)。
13.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阴极电流收集层 (112)的材质选自由金属、合金以及钙钛矿结构金属氧化物所组成的群组中的一种或其组合O
14.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述氧化催化剂是位于所述阴极电流收集层(112)以及所述阴极流道(111)之间的多孔层。
15.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述氧化催化剂以微粒型式覆于所述阴极流道(111)。
16.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述电解质层(13 的材质选自由萤石结构金属氧化物以及钙钛矿结构金属氧化物所组成的群组中的一种或其组合O
17.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阳极层(13 的材质选自由镍及萤石结构金属氧化物金属陶瓷、钙钛矿结构金属氧化物、萤石结构金属氧化物、 加金属的钙钛矿结构金属氧化物以及加金属的萤石结构金属氧化物所组成的群组其中的一种或其组合。
18.根据权利要求2所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阴极层(131)的材质选自由钙钛矿结构金属氧化物、萤石结构金属氧化物、加金属的钙钛矿结构金属氧化物以及加金属的萤石结构金属氧化物所组成的群组中的一种或其组合。
19.一种电化学催化剂转化器，用以控制废气排放并发电，其包含至少一电池模块(10)，所述电池模块(10)包含一阴极部(11)、一阳极部(1 以及一膜电极组(13)，所述膜电极组(13)位于所述阴极部(11)以及所述阳极部(12)之间；所述膜电极组(1 包含一电解质层(133)、一阴极层(131)以及一阳极层(132)，所述电解质层 (133)位于所述阴极层(131)与所述阳极层(132)之间，所述阴极层(131)与所述阳极层 (132)则分别连接所述阴极部(11)与所述阳极部(12)； 一加热单元(20)，嵌合于所述电池模块(10)；一燃料输入单元(50)和一燃料输出单元(60)，分别连接于所述阳极部(1 两侧，以分别作为所述电池模块(10)运作时燃料的输入端以及输出端；以及一废气输入单元(30)和一废气输出单元(40)，分别连接于所述阴极部(11)两侧，以分别作为所述电池模块(10)欲处理废气的输入端以及输出端；其中，所述加热单元00)将所述膜电极组(1 加热至一工作温度，使所述燃料在所述阳极层(13 进行电化学反应而发电；所述废气中的氮氧化物则在所述阴极层(131)进行电化学反应而形成氮气，所述废气中的一氧化碳、碳氢化合物和粒状物则在所述阴极层 (131)进行氧化反应而形成二氧化碳和水，借以净化所述废气。
20.根据权利要求19所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述阴极层(131)包含一氧化催化剂。
21.根据权利要求20所述的电化学催化剂转化器，其特征在于所述氧化催化剂以微粒型式覆于所述阴极层(131)。
全文摘要
本发明提出一种控制废气排放并发电的电化学催化剂转化器，具体提出了一种去除废气中的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HCs)以及粒状物(PM)并同时发电的电化学催化剂转化器，电化学催化剂转化器包含一电池模块，其中的氮氧化物经电化学反应形成氮气；一氧化碳、碳氢化合物和粒状物则经氧化催化剂催化形成二氧化碳和水。
文档编号H01M8/06GK102335552SQ201010232080
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者黄大仁 申请人:国立清华大学