Мембранно-электродное устройство с контролируемым управлением потоком воды и/или ионов

010336 Область техники Данное изобретение относится к электрохимическому элементу и, в частности, к мембранноэлектродному устройству с контролируемым управлением потоком воды и/или ионов. Предшествующий уровень техники Многие ионные полимерные мембраны, используемые в электрохимических элементах, содержат в качестве электролита только одно активное вещество. В качестве основы и механической структурной конструкции для активного полимера часто используют неактивные вещества. Некоторые из таких мембран делают многослойными, чтобы обеспечить на каждом электроде различающиеся свойства. В целом,свойства и вещества в каждой точке на каждой из двух поверхностей мембранного электрода являются одинаковыми. Для хорошей производительности необходимо эффективное управление содержанием воды внутри электрохимического элемента. Например, в топливном элементе производительность в значительной степени зависит от регулирования гидратации внутри электролита из твердого полимера (ТПЭ). Во время работы топливного элемента ионы перемещаются через ТПЭ. При этом они захватывают с собой молекулы воды. Этот процесс известен как электроосмотическое сопротивление. Конечным результатом данного явления, например, в протонпроводящих катионобменных (КО) ТПЭ является то, что анод подвергается высыханию, а катод переполняется. Это отрицательно сказывается на производительности топливного элемента вследствие снижения свободной ионной проводимости в ТПЭ и затруднения доступа кислорода к катоду. Поскольку на катоде в результате электрохимической реакции образуется вода, проблема переполнения катода усугубляется. В случае гидроксильных ионопроводящих анионообменных(АО) ТПЭ ситуация обратная, но проблемы остаются теми же: вода образуется на аноде и используется на катоде, поэтому анод подвержен переполнению, а катод высыханию. Попытки решить эти проблемы осуществляются двумя основными путями. Во-первых, подводимое топливо увлажняют, чтобы облегчить подачу воды на анодную сторону ТПЭ мембраны для уменьшения высыхания. Это требует значительного баланса установки, что повышает стоимость устройства и снижает выходную мощность, поскольку привносит риск переполнения анода. Во-вторых, используют более тонкие ТПЭ мембраны для уменьшения расстояния, которое проходит вода от катода к аноду. Однако электроосмотическое сопротивление по-прежнему будет сдерживать водное равновесие посредством этого механизма, в то же время приводя к механически менее стабильным ТПЭ мембранам с более высоким обменом (кроссовером) топлива. Напряжение, вырабатываемое топливным элементом, зависит от электрохимического потенциала реагентов и эффективности каждого из использованных катализаторов. Вырабатываемый топливным элементом ток зависит от эффективной площади, ионного сопротивления мембраны и того, насколько эффективен перенос топлива на границе раздела катализатор-мембрана. Выходная мощность представляет собой произведение напряжения и тока, и обычно регулируется при помощи дросселирования или ограничения расхода топлива в ячейку, либо при помощи регулирования (например, путем вывода в батарею) любого излишка энергии до требуемых значений, когда подача топлива в ячейку не ограничена. Такие способы регулирования выходной мощности нежелательны, в первую очередь, из-за неэкономичности. В заявке на патент WO 03/023980 описаны гидрофильные полимеры и их использование в мембранно-электродных устройствах (МЭУ), которые могут быть использованы в топливных элементах или в качестве топливных элементов. Сущность изобретения Настоящее изобретение предлагает мембранно-электродное устройство (МЭУ), содержащее электроды, разделенные ионообменной мембраной и средство для регулирования потока ионов через мембрану. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения МЭУ содержит электропроводную сетку или сетки в качестве средства для регулирования потока ионов через мембрану. Такой подход,включающий регулирование потока ионов при помощи использования подходящей разности потенциалов через по меньшей мере часть мембранно-электродного устройства, значительно отличается от приемов дросселирования и вывода излишка, описанных выше. Это, в частности, можно использовать в случае, по существу, гидрофильных материалов, для которых отсутствуют проблемы гидратации, связанные с другими ТПЭ технологиями. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения сетка покрыта электро- и/или ионостойким материалом. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения МЭУ содержит средство для обеспечения разности потенциалов по меньшей мере через часть этого устройства. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мембрана является катионообменной или анионообменной мембраной. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения мембрана имеет толщину по меньшей мере 0,5 мм. Мембрана может включать неионоактивный материал для прохождения жидкого или газообразного-1 010336 реагента по меньшей мере к одному из электродов и/или от него. Или же, мембрана может включать анионообменный материал и катионообменный материал, и эти материалы разделены неионоактивным материалом. Распределением гидрофильного, но не ионоактивного материала можно регулировать гидравлические условия в элементе, в частности, перераспределение выделившейся воды, для поддержания эффективной работы иономера и предотвращения либо уменьшения переполнения катализаторной электродной структуры, что является основной проблемой в твердополимерных топливных элементах на основе Нафиона (или других мембран с низким содержанием воды и низкой водопроницаемостью). Мембрана может включать листы или слои, по существу, ионоактивного материала, например одного или более анионобменного материала в виде одного или более тонких плоских параллельных слоев и одного или более катионобменного материала также в виде одного или более тонких плоскопараллельных слоев, при этом слои находятся в ионном взаимодействии и расположены таким образом, что поток ионов от одного электрода к другому проходит через границу раздела между слоями материала. Один материал (например, катионит KО) находится в контакте с анодом, а другой материал (например, анионит - АО) находится в контакте с анодом. В этом случае преимущественным носителем заряда будет протон в КО и ион ОН- в АО. Такая структура означает, что катализатор на каждом электроде может быть выбран независимо, один для работы в кислой среде, тогда как другой будет работать в щелочной среде. Кроме того, в случае кислородно-водородного топливного элемента вода будет выделяться на границе между АО и КО элементами композиционной мембраны, тем самым устраняя проблему переполнения катализаторной электродной структуры. Изобретение также относится к батарее МЭУ, описанных выше. МЭУ или батарея могут быть объединены в гальванический элемент. Гальванический элемент может использоваться в качестве или в составе топливного элемента либо другого электрохимического элемента, например, электролизера или фотогальванического элемента. Изобретение также относится к применению или батареи МЭУ, описанных выше, в качестве топливного элемента или электролизера или в составе топливного элемента или электролизера. Мембрана, содержащаяся в МЭУ, может включать совокупность активных веществ, катионных и анионных, и, необязательно, гидрофильное и/или неактивное вещество, которое является неионоактивным и негидрофильным. Она может быть образована из подходящих предшественников путем полимеризации in situ с образованием композиционного электролита из твердого полимера (ТПКЭ), либо предшественники могут быть полимеризованы по отдельности для включения в конечную мембрану. Использование ТПКЭ внутри электрохимического элемента может обеспечить ионную проводимость через ионоактивную фазу (фазы). В случае топливных элементов в них будет возникать электроосмотическое сопротивление, как это имеет место в традиционных ТПЭ материалах. Однако отсутствует ионный перенос через неиноактивную фазу (фазы) материала. Вследствие этого в гидрофильных неионоактивных фазах вода свободно перемещается от мест с высокими концентрациями к местам с низкими концентрациями по этим путям с достаточно высоким коэффициентом диффузии и содействует поддержанию гидравлического равновесия в течение работы элемента. Перемещение воды через эту фазу не будет затрудняться электроосмотическим сопротивлением. Использование как АО-, так и КО-фаз в одном и том же ТПЭ обеспечивает дополнительный путь управления гидратацией, тогда как изменение соотношений этих фаз позволяет осуществить целый ряд комбинаций образования и потребления воды. Изобретение предусматривает эффективное управление потоком воды в ТПЭ электрохимических элементах способом, который не требует дополнительного баланса установки. Например, гидравлическая стабильность в пределах ТПЭ помогает поддерживать эффективность топливного элемента. Кроме того, гидравлическая стабильность уменьшает изменение размеров внутри ТПЭ из-за высыхания и регидратации, которые, как считается, способствуют расслаиванию границы катализатор/ТПЭ, другому часто встречающемуся виду повреждений, отмеченному в топливных элементах, в которых используются традиционные ТПЭ материалы. Еще одно преимущество, связанное с изобретением, заключается в том, что оно позволяет осуществить непосредственное регулирование электрохимической активности элемента. В частности, изобретение представляет способ прямого управления выработкой электроэнергии топливного элемента. Краткое описание графических материалов Каждая из фиг. 1 и 2 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления изобретения; каждая из фиг. 3 и 5 представляет собой схематическое изображение электрической цепи, в которой используется изобретение; фиг. 4 А-4 С представляют собой графическое изображение результатов, полученных при действии изобретения. Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Изобретение предусматривает использование сетки в качестве средства для регулирования потока ионов через мембрану. Использование управляющей сетки Согласно изобретению МЭУ включает электропроводную сетку, расположенную внутри мембраны-2 010336 элемента. Напряжение можно подавать через электрод и сетку, таким образом управляя потоком ионов через мембрану. Фактически, сетка может действовать наподобие электростатического экрана. Использование такой сетки желательно, поскольку она позволяет выполнять точное регулирование выходной мощности элемента, тем самым улучшая эффективность элемента. Сетка может быть изготовлена из металла (например, золота) или углеродных волокон и может включать катализатор. Она может быть покрыта материалом, который является электро- и/или ионостойким, позволяя поддерживать на ней напряжение, отличное от напряжения мембраны, без отдачи электронов в систему или удаления электронов из системы. Такая сетка особенно предпочтительна в случае,когда мембрана пропускает только один вид ионов, как например, протонообменная мембрана, такая какNation. Наиболее предпочтительным вариантом осуществления изобретения является слоистый материал,содержащий слои АО и КО материалов, между которыми ионы перемещаются в слои. Таким образом,протонпроводящие и ОН-проводящие слои могут создавать слоистый материал, в котором вода будет образовываться на границе слоев, а не на поверхности мембраны. Следовательно, переполнение любого из имеющихся катализаторов может быть исключено. Два внешних слоя находятся, по существу, в ионном взаимодействии, например, через открытое пространство сетки, как описано выше. Такая конструкция обеспечивает получение регулируемого топливного элемента. Это, кроме того, позволяет использовать разные каталитические материалы на аноде и катоде. Для изготовления мембраны можно использовать композиционный материал, обеспечивающий улучшенное поддержание гидратации. В одном из вариантов осуществления изобретения применяется неионоактивный материал, который, если является гидрофильным, определяет пути движения воды в пределах мембраны, которому не препятствует электроосмотическое сопротивление. В случае использования катионообменных материалов в топливном элементе, это допускает обратную диффузию воды от катода к аноду. Высыхание анода уменьшается, так как часть избыточной воды, образовавшейся на катоде, диффундирует обратно через неионоактивный материал. Это помогает сохранять высокую эффективность за счет поддержания высокой ионной проводимости через ТПЭ. В случае использования анионообменных материалов в топливном элементе, это допускает обратную диффузию воды от анода к катоду; имеют место те же эффекты, что и в случае КО-материалов. Не требуется дополнительного увлажнения топливного элемента. Поскольку неионоактивный материал является электрохимически неактивным,такие зоны на поверхности ТПКЭ не требуют катализа. Для увеличения механической прочности и стабильности размеров, если это полезно и/или желательно, может быть добавлен негидрофильный неионоактивный материал. Мембрана может включать микропористый, негидрофильный ионоактивный материал для переноса воды за счет капиллярного действия. В одном из вариантов осуществления изобретения используют комбинацию анионообменных (АО) и катионообменных (КО) фаз в ТПКЭ для регулирования образования и потребления воды в области анода или катода. Поскольку в топливном элементе КО-материалы генерируют воду на катоде, а АОматериалы потребляют воду на катоде и продуцируют воду на аноде, использование различных соотношений АО- и КО- материалов позволит регулировать образование воды как на аноде, так и на катоде. Для разделения ионных фаз следует использовать неионоактивную фазу; она может быть гидрофильной,для усиления диффузии воды, либо негидрофильной, для обеспечения разделения и дополнительной прочности или стабильности размеров. Ионообменную мембрану можно получить способом, включающим две стадии, а именно, приготовление неионоактивной фазы (фаз) и импрегнирование ионоактивнным гидрофильным полимером(полимерами). Неионоактивная активная фаза Неионоактивный материал может быть гидрофильным или негидрофильным, либо комбинированным, в зависимости от применения. Неионоактивная фаза должна быть приготовлена с такими размерами, которые достаточны, чтобы сделать возможным эффективное перемещение воды и обеспечить приемлемую площадь зоны ионоактивного материала. Эти размеры могут варьироваться в зависимости от назначения конечного продукта. Примером неионоактивной фазы является сетка, имеющая толщину от 10 до 2000 мкм и размер пор от 100 до 100000 мкм. Эти поры могут иметь любую геометрическую форму. Еще одним примером является неионоактивный порошок, частицы которого имеют диаметр от 10 до 2000 мкм, распределенный между ионоактивными веществами перед полимеризацией. Большинство полимеров будут абсорбировать некоторое количество воды, даже если считаются гидрофобными; например, большинство полимеров, включая те, что могут рассматриваться как гидрофобные, будут абсорбировать до 5% воды. Полимер следует выбирать так, чтобы он удовлетворял требованиям переноса воды в электрохимическом элементе. Конкретными примерами материалов, которые не являются ионоактивными и гидрофильными, являются полиэфир и полиэтилен. Примерами мономеров, обладающих гидрофильными свойствами, являются аминоалкилакрилаты и метакрилаты, особенно те, в которых алкильная группа содержит от 1 до 4 атомов углерода, например-3 010336 метил или этил. Аминогруппа может быть моно- или дизамещенной, и предпочтительно, чтобы любой из заместителей представлял собой С 1-4-алкильную группу, например метильную или этильную. Конкретными примерами являются аминоэтилакрилат, диметиламиноэтилакрилат, метиламиноэтилметакрилат и диэтиламиноэтилметакрилат. Гидроалкилакрилаты и метакрилаты также могут быть использованы в качестве гидрофильного мономера и предпочтительно, чтобы их алкильная группа содержала от 1 до 4 атомов углерода, как например, метильная или этильная. Конкретным примером является гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА). Предпочтительные гидрофильные мономеры включают N-винилпирролидон (ВП) и другие виниллактамы, а также акриламид и метакриламид и их N-замещенные производные. Замещенные производные акриламида и метакриламида могут быть моно- или дизамещенными, при этом предпочтительными заместителями являются алкил, гидроксиалкил и аминоалкил (включая моно- и дизамещенный аминоалкил), например диалкиламиноалкильные группы. Предпочтительно, чтобы любая из присутствующих алкильных групп содержала от 1 до 4 атомов углерода, метильная и этильная группы являются наиболее предпочтительными. Примерами таких производных являютсяN-метилакриламид,Nизопропилакриламид,N,N-диметилакриламид,N,N-диметиламинометилакриламид,N,Nдиметиламиноэтилакриламид и N-метиламиноизопропилакриламид. Полимеры предпочтительно являются сополимерами двух или более гидрофильных мономеров, например, как описанные выше, либо одного или более гидрофильных мономеров с одним или более другим мономером. Предпочтительно, чтобы гидрофильный мономер был сополимеризован с алкилакрилатом или метакрилатом, особенно с таким, в котором алкильная группа содержит от 1 до 4 атомов углерода, как например, метильная или этильная, или акрилонитрилом. В качестве сомономера также может быть использован стирол. Конкретными примерами подходящих сомономеров являются сополимеры ВП и метилметакрилата (ММА), ВП и ГЭМА, а также ВП, стирола и акрилонитрила. Сополимеры терефталевой кислоты и ВП также могут быть приемлемы. Предпочтительно, чтобы полимеры были сшитыми, что может быть достигнуто введением в мономерную систему ди- или полифункциональных сшивающих агентов. Примерами приемлемых сшивающих агентов являются соединения, содержащие две или более ненасыщенные этиленовые группы, например аллилметакрилат, дивинилбензол, этиленгликоля диметакрилат, триметилолпропантриметакрилат и триметилолпропантриметакрилат. Обычно желательно, чтобы полимеры были сшиты достаточно слабо, связующий агент использовался в количестве около 1 мас.% от массы мономерной системы. Кроме того, в некоторых случаях предпочтительными являются высокопрочные полимерные системы, такие как системы, полученные из акрилонитрила и ВП. Композиционный материал, содержащий, например, метакриловую кислоту, может быть получен путем введения ее в состав материала с регулируемой величиной рН. По существу материал представляет собой композицию, содержащую кислотные и щелочные компоненты как часть одной и той же структуры. Такой материал может использоваться в качестве ионоактивного компонента внутри ТПКЭ либо самостоятельно, как новый композиционный ТПЭ. Метакриловая кислота может быть полимеризована при помощи ряда способов, включающих гамма-облучение и термическое инициирование, например, с одним или более чем одним из следующих соединений: акрилонитрил, ММА, ГЭМА, N,N,Nтриметиламмония гидрохлорид, винилбензолтриметиламмония хлорид, вода и аллилметакрилат. Образец такого материала получают из метакриловой кислоты, акрилонитрила, винилбензолтриметиламмония хлорида, воды и аллилметакрилата. Полимеризация неионоактивной активной фазы Полимеризация гидрофильных неионоактивных фаз может осуществляться при помощи использования химического инициатора, а также путем нагревания или использования излучения, в этом случае ни нагревания, ни инициатора не требуется. Возможна также электрополимеризация. Наиболее приемлемым химическим инициатором является азобиспропилперкарбонат или органическая перекись, такая как перекись бензоила. Как правило, подходит нагревание при температуре в интервале от 30 до 80 С, предпочтительно от 35 до 70 С, и обычно желательно проводить нагревание в несколько этапов с повышением температуры. После проведения основной полимеризации может быть проведена вулканизационная обработка,например, нагреванием полимера при температуре от 85 до 95 С, предпочтительно в вакууме. При проведении полимеризации облучением могут использоваться различные формы излучения,например ионизирующее излучение, такое как УФ-излучение, рентгеновское или гамма-излучение, либо корпускулярное излучение, такое как электронные пучки или фотонные лучи. Предпочтительно, чтобы излучение было ионизирующим гамма-излучением кобальта 60 или электронно-лучевым. После завершения основной полимеризации может быть проведена вулканизация, например, при помощи дополнительного облучения. Можно проводить полимеризацию при дозах облучения в интервале от 0,1 до 20 МР, хотя большинство гидрофильных полимеров предпочтительно полимеризуются при дозах в интервале от 1 до 4 МР. Эту предпочтительную дозу следует применять в течение от 1 ч до 10 дней. Обычно смесь для полимеризации будет состоять из необходимых компонентов: мономера или мо-4 010336 номеров, связующего агента и любого инициатора, но, если потребуется, может быть включен растворитель для одного или более мономеров, например, вода. Сразу же после приготовления неионоактивной активной фазы для заполнения промежутков, созданных неионоактивной фазой, может использоваться ионопроводящий материал. Затем может быть осуществлена полимеризация in situ. Или же, фазы могут быть полимеризованы по отдельности и впоследствии объединены с образованием мембраны. Полимеры для использования в ионоактивной фазе Существует две основные категории ионоактивных веществ: анионообменные электролиты из твердого полимера (АО ТПЭ) и катионообменные электролиты из твердого полимера (КО ТПЭ). Такие вещества описаны в заявке на патент WO 03/023890, содержание которой включено в данное описание посредством ссылки. Согласно данному изобретению такие вещества используют с неионоактивной фазой по отдельности либо в комбинации. Во всех случаях АО и КО фазы могут содержать ряд различных полимерных смесей с разными ионными группами и разной ионной силой. Частным примером является использование АО и КО фаз, разделенных неионоактивной гидрофильной фазой, применяющейся для водородного и кислородного топливного элемента. Это изображено на фиг. 1. В этом примере при соотношении КО:АО, равном 1:1, будут протекать следующие реакции. На аноде поглощается 4 Н 2, выделяется 4 Н 2 О; на катоде поглощается 2 О 2. КО фаза использует водород с анода, кислород с катода и продуцирует воду на катоде. Кроме того,вода проходит через мембрану на катод в результате осмотического сопротивления. АО фаза использует водород с анода, кислород и воду с катода и продуцирует воду на аноде. И еще осмотическое сопротивление также переносит воду от катода к аноду. Гидрофильные каналы позволяют воде диффундировать через мембрану. Еще в одном примере используются КО и АО ионные фазы в соотношении 3:1, разделенные негидрофильной неионоактивной фазой. В водород-кислородной топливной ячейке это будет приводить к выделению на аноде и катоде одинаковых количеств воды. Изменением отношения АО:КО в зависимости от уровней электроосмотического сопротивления можно создать систему, которая устраняет какую-либо необходимость в любой гидратации газов и приводит в результате к самостоятельной гидратации электролита из твердого полимера. Полимеризация ионоактивного вещества для этой второй стадии следует тем же принципам, что предусмотрены для гидрофильной фазы. Использование АО-КО слоистых материалов, независимо от того, разделены ли они механически или нет, допускает, чтобы катализатор на каждом из электродов был выбран независимо для получения оптимальной химической реакции, и может приводить к более высокому напряжению холостого хода на элементе, чем могло бы быть получено при использовании одиночной мембраны. Кроме того, при использовании водорода и кислорода в качестве топлива и окислителя вода выделяется внутри структуры мембраны на границе между АО и КО слоями. Эти слои будут раздвигаться под действием гидростатического давления выделившейся воды и, следовательно, предпочтительное осуществление данного изобретения будет включать использование взаимопроникающих сетчатых структур для образования соединения между различными слоями и сохранения внутренней целостности (гидравлической и электрической) структуры композиционного материала. Сцепление между слоистыми материалами должно быть достаточно сильным, чтобы предотвратить разделение вследствие накопления воды и возникающих в результате гидравлических сил. Этого можно достичь при помощи использования подходящего клеящего вещества, но предпочтительной системой является взаимопроникающая сетчатая полимерная система, описанная в патенте GB-A-1463301, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки. Далее один из вариантов осуществления изобретения будет описан лишь в качестве примера со ссылкой на фиг. 2 прилагаемых графических материалов. Фиг. 2 показывает электрохимический элемент,включающий электроды 1 а и 1b, разделенные мембраной. Мембрана представляет собой слоистый материал, состоящий из слоев анионообменного материала 2 а и катионообменного материала 2b, слои находятся в ионном взаимодействии через открытое пространство сетки 3. Скорость потока ионов через мембрану можно регулировать путем приложения разности потенциалов на электрод и сетку. Такая конструкция обеспечивает регулируемый электрохимический элемент. Показано, что использование управляющей сетки оказывает значительное влияние даже, когда она вставлена в мембрану с однородным составом, то есть в структуру АО-АО. Можно использовать более одной сетки, например пару сеток, где разность потенциалов прилагают между сетками или между сетками и одним из электродов, образующих МЭУ. Изменяющийся во времени приложенный потенциал (потенциал переменного тока) может использоваться для того, чтобы выходная мощность элемента или последующее изменение характеристик элемента также были изменяющимися во времени (фактически, получение переменного тока от топливного элемента; как правило, по существу, устройство постоянного тока). Изобретение иллюстрируют следующие примеры. Пример 1 показывает влияние одной изолированной управляющей сетки, использованной в топ-5 010336 ливном элементе, содержащем комбинации АО-КО. В этом случае выходная мощность элемента может широко варьироваться, как показано на чертежах. Пример 2 демонстрирует влияние неизолированной золотой сетки в мембране конструкции АО-АО. В этом случае эффективную проницаемость мембраны можно изменять контролируемым образом приблизительно на 30%. Пример 1. Испытательный элемент Испытательный элемент включал КО и АО полимеры, разделенные, но не изолированные, металлической сеткой (золотой или платиновой), имеющей покрытие для электрической и ионной изоляции от обоих полимеров. КО полимер был расположен рядом с источником окислителя, а АО полимер был расположен рядом с источником топлива. Катализатор представлял собой платиновую чернь, нанесенную на угольное полотно. Электрическая схема Регулируемый источник напряжения с высоким импедансом соединяли с управляющей сеткой. Электрическая схема представлена на фиг. 3. Тестовые режимыA) Напряжение между анодом и катодом топливного элемента поддерживали постоянным и равным 0,3 В при помощи электронной нагрузки Prodigit. В процессе работы ток, вырабатываемый топливным элементом, записывали в течение 5 мин. Процедуру повторяли по мере того, как на управляющую сетку подавали различные напряжения.B) Цепь между анодом и катодом топливного элемента размыкали, чтобы предотвратить протекание тока между ними. Напряжение элемента записывали на первой и второй минутах после размыкания цепи.C) Топливный элемент поляризовали, используя декадный магазин сопротивлений. Регистрировали напряжение и ток элемента и вычисляли выходную мощность. Результаты тестовых режимов с А по С представлены на фиг. 4 А-4C, соответственно. Каждый представляет собой график зависимости тока элемента (мА) от разности потенциалов между окислительным электродом и управляющей сеткой (В) Пример 2. Золотую сетку сжимали между 2 АО материалами. Конструкция и электрическая схема представлены на фиг. 5. Диагностический прибор Solartron Complex Impendence обеспечивал смещение постоянного тока 1B с модуляцией 10 мВ. Ток через сетку контролировали, чтобы быть уверенными, что он всегда равен нулю. Сначала включали блок питания (БП), но отсоединяли сетку, и при помощи Solartron применяли к мембране частотное сканирование, чтобы установить частоту, при которой электропроводность будет полностью реальной. Эта величина составила 130 кГц. Затем мембраны сканировали при постоянной частоте 130 кГц в течение 5 мин, проводя анализ каждые 5 с. Приблизительно через 1 мин электропроводность стабилизировалась до 3,40 мСмсм-1. Далее сетку подсоединяли к БП и подавали через нее напряжение 1 В. Сканирование при постоянной частоте повторяли. Электропроводность увеличивалась до 4,66 мСмсм-1. Сетку отсоединяли, и электропроводность уменьшалась до 3,36 мСмсм-1. Сетку снова подсоединяли, и электропроводность увеличивалась до 4,77 мСмсм-1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Мембранно-электродное устройство, содержащее электроды, разделенные ионообменной мембраной, и средство для регулирования потока ионов через мембрану. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве указанного средства мембрана содержит электропроводную сетку. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сетка покрыта электро- и/или ионостойким материалом. 4. Устройство по п.2 или 3, содержащее средство для обеспечения разности потенциалов по меньшей мере через часть этого устройства. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что мембрана является катионообменной мембраной. 6. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что мембрана является анионообменной мембраной. 7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что мембрана имеет толщину по меньшей мере 0,5 мм. 8. Батарея устройств, заявленных в любом из предшествующих пунктов. 9. Применение устройства или батареи устройств по любому из предшествующих пунктов в качестве топливного элемента или электролизера, или в составе топливного элемента или электролизера.