Membrana de aparato electroquímico.

Un electrolizador, que comprende una membrana, comprendiendo la membrana un tejido sintético que es nylon ripstop

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2009/040159.

Solicitante: Mcwhinney, Christopher M.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 125 W. Wenger Rd. Englewood, OH 45322 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MCWHINNEY,CHRISTOPHER M.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/02 (Detalles (de partes no activas H01M 2/00, de electrodos H01M 4/00))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS PARA LA... > Células o acoplamientos de células; Elementos de... > C25B9/20 (del tipo filtro-prensa)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS PARA LA... > Células o acoplamientos de células; Elementos de... > C25B9/08 (con diafragmas)

PDF original: ES-2499393_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Membrana de aparato electroquímico

CAMPO TÉCNICO

Esta descripción se refiere a sistemas electromecánicos, particularmente sistemas de generación de hidrógeno y, más particularmente, a la electrólisis de agua para producir hidrógeno.

ANTECEDENTES

El hidrógeno puede proporcionar una energía limpia para alimentar automóviles, así como para cocinar, calentar espacios, calentar agua y para suministrar energía a unidades de aire acondicionado y de refrigeración por absorción. Además, a diferencia de la electricidad convencional, puede almacenarse para su uso posterior. Como se prevé actualmente, un uso extendido del hidrógeno requerirá una infraestructura significativa para la distribución eficiente y uso de este combustible. El coste de la generación de hidrógeno también puede ser un factor en su uso extendido.

El hidrógeno puede producirse mediante la electrólisis de agua, una materia prima fácilmente disponible y económica, pasando una corriente eléctrica a través del agua. Una fuente de electricidad de corriente directa se conecta a un ánodo y un cátodo colocados en contacto con el agua y el hidrógeno se genera en el cátodo y el oxígeno se genera en el ánodo. Una membrana se interpone entre el ánodo y el cátodo y los iones de hidrógeno se mueven por la membrana, donde se combinan con los electrones para formar gas hidrógeno. La membrana debe ser lo suficientemente duradera como para resistir el entorno cáustico del proceso de electrólisis, así como el estrés físico de la producción, a veces violenta, del gas hidrógeno y oxígeno. También se genera calor residual en el proceso, que, si se recupera, puede dar como resultado un aumento de la eficiencia total del proceso electrolítico.

Existen muchas fuentes de energía eléctrica necesarias para generar hidrógeno mediante el proceso de electrólisis. Las fuentes tradicionales incluyen la quema de combustibles fósiles, tal como carbón, derivados del petróleo y gas natural, y también pueden usarse plantas nucleares y fuentes no tradicionales, tales como energía eólica y paneles solares. La flexibilidad para utilizar la electricidad generada por una diversidad de fuentes puede proporcionar una mayor fiabilidad de la generación de hidrógeno. El uso de electricidad para generar hidrógeno también puede proporcionar un medio de almacenamiento conveniente que puede usarse para amortiguar las fluctuaciones dependientes del tiempo en la alimentación energética y la demanda de energía.

RESUMEN

Los aparatos electroquímicos pueden utilizar electricidad para inducir una reacción química, tal como la separación de agua en sus componentes hidrógeno y oxígeno en un electrolizador, o para proporcionar la energía eléctrica combinando hidrógeno y oxígeno para producir agua, como en una pila de combustible.

Un proceso de generación de hidrógeno electrolítico exhaustivo puede utilizar de forma eficaz energía alternativa limpia, facilitar un combustible de hidrógeno sin depender de una infraestructura de distribución de hidrógeno compleja y costosa, y eliminar los problemas de eliminación de residuos complejos y costosos.

Se incluye una membrana de tejido de nylon ripstop para un aparato electroquímico que es tanto duradera como de bajo coste. Opcionalmente, la membrana de nylon ripstop se combina con una junta con base de plastisol en un conjunto de membrana. También se incluyen componentes de polietileno de alta densidad (HDPE) ligeros y de bajo coste, cuyos componentes pueden formarse para enmarcar tanto electrodos individuales como membranas 50 individuales en módulos de una única pieza. Los módulos de múltiples electrodos y los módulos de membrana pueden combinarse para producir un sistema electrolizador multicelda. También se incluyen espacios inter-electrodo pequeños y elevadas áreas de contacto electrodo-agua para facilitar la operación del electrolizador de alta eficiencia. También se incluyen características de seguridad y de control de procesos eficaces y de bajo coste que ayudan a reducir y minimizar los peligros de la generación electrolítica de hidrógeno.

Un electrolizador puede utilizar de forma flexible energía eléctrica a partir de una diversidad de fuentes. Puede utilizarse el viento de cualquier velocidad suficiente para hacer girar un aerogenerador. El viento o la energía solar pueden convertirse en hidrógeno y almacenarse durante tiempos valle o cuando dicha energía eléctrica generada es más de la requerida para cumplir la demanda. Puede proporcionarse un rectificador para convertir la

energía CA convencional para proporcionar CC al electrolizador si se desea. Las baterías pueden cargarse mediante energía eólica o solar y usarse posteriormente para alimentar el electrolizador o para suavizar los cambios en la fuente.

El calor residual puede capturarse y utilizarse con otro fin. Por ejemplo, encerrando el electrolizador, puede hacerse circular agua u otro medio de transferencia de calor para proporcionar calor a una residencia u oficina. Encerrando las torres de recolección de hidrógeno y oxígeno, puede hacerse circular aire u otro medio de transferencia de calor adecuado para recoger el calor residual adicional. Pueden obtenerse eficiencias adicionales haciendo circular agua u otro medio de transferencia de calor adecuado a través de bobinas de transferencia de calor incluidas dentro de las torres.

En una realización, un aparato comprende una primera placa de compresión; una primera placa de aislamiento próxima a la primera placa de compresión; un primer electrodo próximo a la primera placa de aislamiento; un primer marco lateral próximo al primer electrodo, teniendo el primer marco lateral una apertura, una 15 entrada de líquido, un canal formado entre la apertura y la entrada de líquido, una salida de gas, y un canal formado entre la apertura y la salida de gas; comprendiendo adicionalmente el aparato al menos un conjunto de membranaelectrodo, el al menos un conjunto de membrana-electrodo próximo al primer marco lateral y comprendiendo un conjunto de membrana, comprendiendo el conjunto de membrana una membrana de nylon ripstop y una junta fijada al borde de la membrana; comprendiendo adicionalmente el al menos un conjunto de membrana-electrodo un primer 20 marco interior, comprendiendo el primer marco interior una apertura, al menos una entrada de líquido, un canal formado entre la apertura y la entrada de líquido, una salida de gas, y un canal formado entre la apertura y la salida de gas; comprendiendo adicionalmente el al menos un conjunto de membrana-electrodo un electrodo interior y un segundo marco interior, comprendiendo el segundo marco interior una apertura, al menos una entrada de líquido, un canal formado entre la apertura y la entrada de líquido, una salida de gas, y un canal formado entre la apertura y la 25 salida de gas; comprendiendo adicionalmente el aparato un conjunto de membrana adicional, el conjunto de membrana adicional próximo al conjunto de membrana-electrodo, y comprendiendo una membrana de nylon ripstop y una junta fijada al borde de la membrana; comprendiendo adicionalmente el aparato un segundo marco lateral, el segundo próximo al conjunto de membrana adicional, y comprendiendo una apertura, una entrada de líquido, un canal formado entre la apertura y la entrada de líquido, una salida de gas, y un canal formado entre la apertura y la salida de gas; comprendiendo adicionalmente el aparato un electrodo adicional, el electrodo adicional próximo al segundo marco lateral; una segunda placa de aislamiento, la segunda placa de aislamiento próxima al electrodo adicional; y una segunda placa de compresión, la placa de compresión próxima a la segunda placa de aislamiento. El electrodo adicional, la segunda placa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un electrolizador, que comprende una membrana, comprendiendo la membrana un tejido sintético que es nylon ripstop. 5

2. El electrolizador de la reivindicación 1, en el que el tejido de nylon ripstop tiene un peso de aproximadamente 68 g/m2 (aproximadamente dos onzas por yarda cuadrada (67, 81 gramos por metro cuadrado) ) .

3. El electrolizador de la reivindicación 2, en el que el tejido de nylon ripstop tiene un recuento de hilos

por centímetro cuadrado de aproximadamente 18 x 14 (recuento de hilos por pulgada cuadrada de aproximadamente 118 x 92) .

4. Un procedimiento, que comprende establecer una corriente eléctrica CC por la membrana del electrolizador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3. 15

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la membrana se sumerge al menos parcialmente en un entorno acuoso.

6. El procedimiento de la reivindicación 4 ó 5, en el que la membrana se interpone adicionalmente entre 20 un ánodo y un cátodo.