專利名稱：燃料消耗劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料消耗劑及消耗燃料的方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是能夠由典型地發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)提供電能的裝置。通常，燃料電池包括兩個(gè)電極(稱作陽(yáng)極和陰極)以及設(shè)置在電極之間的電解質(zhì)。陽(yáng)極包含陽(yáng)極催化劑，而陰極包含陰極催化劑。電解質(zhì)(如固體膜電解質(zhì))典型地為離子導(dǎo)電而非電子導(dǎo)電。
在燃料電池操作期間，將反應(yīng)物加到合適的電極上。在陽(yáng)極，反應(yīng)物與陽(yáng)極催化劑相互作用并形成反應(yīng)中間體，如離子和電子。離子反應(yīng)中間體可通過(guò)電解質(zhì)由陽(yáng)極流向陰極。然而，電子通過(guò)連接陽(yáng)極和陰極的外部導(dǎo)電體由陽(yáng)極流向陰極。當(dāng)電子流經(jīng)外部導(dǎo)電體時(shí)，電子流可用于提供能量。在陰極，陰極催化劑與另一種反應(yīng)物、在陽(yáng)極形成的離子以及電子相互作用以完成燃料電池反應(yīng)。
例如，在一類燃料電池(有時(shí)稱作氫燃料電池)中，陽(yáng)極反應(yīng)物為氫氣，而陰極反應(yīng)物為氧氣(例如，來(lái)自空氣)。在陽(yáng)極，氫氣被氧化以生成質(zhì)子；在陰極，氧氣被還原并與質(zhì)子結(jié)合以生成水(1)陽(yáng)極反應(yīng)H2→2H++2e-(2)陰極反應(yīng)1/2O2+2H++2e-→H2O(3)總反應(yīng) H2+1/2O2→H2O如式(1)所示，氫的氧化生成質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)由陽(yáng)極流向陰極。電子通過(guò)外部導(dǎo)電體由陽(yáng)極流向陰極，這樣可提供電能。在陰極，質(zhì)子和電子與氧反應(yīng)生成水(式2)。式3示出總?cè)剂想姵胤磻?yīng)，由此將氫和氧轉(zhuǎn)化成水。
發(fā)明概述通常，燃料電池或燃料盒在其外表面上或外表面附近具有燃料消耗劑。燃料消耗劑可通過(guò)消耗滲漏的燃料用于控制燃料滲漏。
在一個(gè)方面，電化學(xué)電池系統(tǒng)包括具有燃料電池外殼的燃料電池，所述外殼具有外表面和限定燃料電池外殼內(nèi)部體積的內(nèi)表面。在內(nèi)部體積之內(nèi)為陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)。電池系統(tǒng)還包括連接到燃料電池上的燃料盒。所述盒具有盒外殼，所述外殼具有外表面和限定盒外殼內(nèi)部體積的內(nèi)表面，所述內(nèi)部體積包括燃料。電池系統(tǒng)也包括設(shè)置在燃料電池外殼外表面和燃料盒外表面中的至少一個(gè)上的燃料消耗劑。
在另一個(gè)方面，電化學(xué)電池系統(tǒng)包括具有燃料電池外殼的燃料電池以及連接到燃料電池上的燃料盒，所述盒具有盒外殼。燃料消耗劑設(shè)置在燃料電池外殼和盒外殼中的至少一個(gè)上。
在另一個(gè)方面，電化學(xué)電池包括具有外殼的燃料電池，所述外殼具有外表面和內(nèi)表面。內(nèi)表面限定外殼的內(nèi)部體積。燃料消耗劑設(shè)置在外表面上。
氫氣盒可具有包括氫氣的外殼。所述外殼具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面。氫氣消耗劑設(shè)置在外表面上并分散在氣體可滲透的基體內(nèi)。
燃料盒可具有包括燃料的外殼。所述外殼具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面。燃料消耗劑設(shè)置在外表面上并分散在氣體可滲透的基體內(nèi)。
在另一個(gè)方面，電化學(xué)電池系統(tǒng)包括具有限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的容器，燃料消耗劑和燃料電池或燃料盒設(shè)置在內(nèi)部體積內(nèi)。
在另一個(gè)方面，涂布燃料電池的方法包括用燃料消耗劑涂布燃料電池的部分外表面。
在另一個(gè)方面，涂布燃料盒的方法包括用分散在氣體可滲透基體內(nèi)的燃料消耗劑涂布燃料盒的部分外表面。
在另一個(gè)方面，控制燃料滲漏的方法包括使從具有燃料電池的電化學(xué)電池系統(tǒng)滲漏出的燃料與燃料電池外部的燃料消耗劑接觸。
實(shí)施方案可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。在一些實(shí)施方案中，燃料電池為氫燃料電池。氫燃料電池可具有外表面。氫燃料電池可包括具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的外殼。
燃料消耗劑可為氫消耗劑(例如，氫重組劑、氫吸氣劑)。氫消耗劑可分散在氣體可滲透的基體例如硅氧烷聚合物內(nèi)。電池系統(tǒng)可包括在氫消耗劑之上的涂層。
在一些情況下，燃料盒為氫燃料盒。
燃料電池可為甲醇燃料電池、乙醇燃料電池、甲烷燃料電池、丙烷燃料電池、丁烷燃料電池、甲酸燃料電池、肼燃料電池、或氨燃料電池。
燃料可為甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼、氨、或它們的組合。
燃料盒可為甲醇燃料盒、乙醇燃料盒、甲烷燃料盒、丙烷燃料盒、丁烷燃料盒、甲酸燃料盒、肼燃料盒、或氨燃料盒。
在一些實(shí)施方案中，氫重組劑包括氫氧化材料和活化材料?；罨牧峡删哂械谝换罨M分和第二活化組分，第一和第二活化組分每個(gè)均能夠斷裂氫。氫氧化材料可包括氧化錳、羥基氧化錳、羥基氧化鎳、氧化銅、氧化鋇、氧化銀、氧化汞、高錳酸鉀、高錳酸銀、磷酸錳、氧化鉍、間二硝基苯和/或醌。氫氧化材料可包括氧化銅。在一些情況下，活化材料的第一組分包括過(guò)渡金屬(例如，鈀、鉑、釕)或它們的鹽或氧化物?；罨牧系牡诙M分可包括過(guò)渡金屬(例如，鈀、鉑、釕)或它們的鹽或氧化物。
在一些情況下，燃料電池外殼與盒外殼可釋放地嚙合。燃料電池可具有陰極、陽(yáng)極和設(shè)置在內(nèi)部體積內(nèi)的電解質(zhì)。在一些情況下，陽(yáng)極氧化氫氣。在一些實(shí)施方案中，將燃料盒連接到燃料電池上。
電化學(xué)電池可包括燃料傳感器。
在一些情況下，涂布外表面包括用燃料消耗劑涂刷、噴涂和/或印刷外表面。涂布外表面可包括將外表面浸漬在燃料消耗劑中。
燃料盒可具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面。內(nèi)部體積可包括燃料。
實(shí)施方案可包括下列一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。包括燃料消耗劑的燃料電池、盒或容器可比不含燃料消耗劑更安全。包括燃料消耗劑的燃料電池、盒或容器可在燃料滲漏情況下需要很少的或完全不需要人的干預(yù)，因?yàn)槔绠?dāng)任何潛在危險(xiǎn)的燃料從所述電池、盒或容器滲漏出時(shí)可被消耗劑消耗掉。包括燃料消耗劑的燃料消耗涂層可將潛在有害、易燃的燃料(如氫氣)轉(zhuǎn)化成相對(duì)無(wú)害、不易燃的副產(chǎn)物(如水)。燃料轉(zhuǎn)化成無(wú)害的副產(chǎn)物可在環(huán)境溫度下發(fā)生。此外，可發(fā)生燃料消耗反應(yīng)而不產(chǎn)生顯著熱量或造成溫度升高。因此，反應(yīng)可能不會(huì)產(chǎn)生足以促使空氣-燃料混合物點(diǎn)燃的熱量。燃料消耗劑可以相對(duì)及時(shí)的方式處理燃料滲漏。與燃料傳感器聯(lián)合使用的燃料消耗劑既可發(fā)出存在燃料滲漏的信號(hào)，又可消除通過(guò)燃料滲漏釋放的燃料。燃料消耗劑可用價(jià)廉易得的材料經(jīng)濟(jì)有效地制備。燃料消耗劑可為耐用的；其可形成抗剝離、剝落或粉碎的涂層。包括燃料消耗劑的燃料盒可為例如氫氣的便攜安全的來(lái)源。
本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)闡述于附圖和以下說(shuō)明中。通過(guò)該說(shuō)明和附圖并通過(guò)所述權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
附圖概述

圖1為燃料電池的側(cè)視截面圖。
圖2為圖1燃料電池更詳細(xì)的側(cè)視截面圖。
圖3為燃料電池系統(tǒng)的側(cè)視截面圖。
圖4為容器的側(cè)視截面圖。
發(fā)明詳述參見圖1和2，氫燃料電池10包括外殼12、氫燃料入口14、氧或空氣入口16以及水出口18。在燃料電池具有空氣的情況下，水出口18也可排放耗盡氧的空氣。燃料電池10還包括可包含載荷20的導(dǎo)體19。外殼12具有限定內(nèi)部體積24的內(nèi)表面22，以及外表面26。外表面26包括燃料消耗涂層28。
涂層28可覆蓋燃料電池10的部分外表面，如圖1和2所示，或者可覆蓋燃料電池10的整個(gè)外表面。涂層可覆蓋燃料電池外表面的多個(gè)部分。例如，涂層可用于具有最大可能燃料滲漏的燃料電池區(qū)域，例如鄰近氫燃料入口14。
現(xiàn)在參見圖2，燃料電池10的內(nèi)部體積24包括陽(yáng)極30和陰極32。內(nèi)部體積也包括電解質(zhì)34。陽(yáng)極氧化氫氣，從而生成質(zhì)子。質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)34遷移到陰極32，它們?cè)诖颂幣c氧結(jié)合以生成水。在該過(guò)程中，電子在陽(yáng)極和陰極之間遷移，從而產(chǎn)生電流。
陽(yáng)極30可形成于能夠與氫氣相互作用以生成質(zhì)子和電子的材料(即，能夠促進(jìn)氫氣的解離和氧化的任何材料)。這種材料的實(shí)施例包括，例如，鉑、鉑合金(如鉑-釕)和分散在碳黑上的鉑。
在一些情況下，燃料電池外殼在燃料電池陽(yáng)極所處的側(cè)面上包括出口，所述出口允許燃料流進(jìn)和流出外殼的陽(yáng)極側(cè)。
陰極32可形成于能夠催化氧、電子和質(zhì)子之間的反應(yīng)以生成水的材料。這種材料的實(shí)施例包括，例如，鉑、鉑合金和分散在碳黑上的貴金屬。
電解質(zhì)34能夠允許離子通過(guò)其流動(dòng)，同時(shí)也對(duì)電子流動(dòng)提供基本阻力。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)34為固體聚合物(例如，固體聚合物離子交換膜)，如固體聚合物質(zhì)子交換膜。固體聚合物質(zhì)子交換膜的實(shí)施例為包含磺酸基的固體聚合物。這種膜以商標(biāo)NAFION市售于E.I.DuPontdeNemoursCompany(Wilmington，DE)?？晒┻x擇地，電解質(zhì)34也可用購(gòu)自W.L.Gore&Associates(Elkton，MD)的商品GORE-SELECT制備。
在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)34可為離子導(dǎo)電的液體電解質(zhì)(例如，氫氧化鉀水溶液、氫氧化鈉水溶液、硫酸水溶液或磷酸水溶液)。液體電解質(zhì)可為游離液體或者其可通過(guò)諸如聚合物(例如，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸)的膠凝劑或吸收劑(例如，硅膠、熱解法二氧化硅或粘土)的加入被固定。
外殼12可為通常用于燃料電池的任何常規(guī)外殼。例如，外殼12可為塑料、碳或金屬容器例如鋼、不銹鋼、石墨、尼龍、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、全氟烷氧基樹脂或金屬、碳與塑料的組合。塑料可填充有例如礦物填料?？晒┻x擇地，塑料可未填充。
盡管氫燃料電池示于圖1和2中，但燃料電池可供選擇地可為甲醇燃料電池。燃料電池可為利用可氧化燃料如乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼或氨的電化學(xué)電池。在甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼或氨燃料電池中，陽(yáng)極材料可催化燃料氧化成水與二氧化碳的混合物(對(duì)于甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸燃料電池)或者水與氮?dú)獾幕旌衔?對(duì)于肼或氨燃料電池)。
現(xiàn)在參見圖3，在一些情況下，將氫燃料電池可釋放地連接到燃料源例如燃料盒上。例如，燃料盒可包括包含氫氣或氫發(fā)生器的外殼。在一些情況下，燃料盒可包括產(chǎn)生氫氣的電化學(xué)電池(例如描述于作為主題申請(qǐng)?jiān)谕惶焯峤坏拇砣藱n案號(hào)為08935-274001的“ElectrochemicalCells”中的系統(tǒng)，該文獻(xiàn)全文引入以供參考。)在燃料電池為甲醇燃料電池的情況下，所述盒可包括包含液體甲醇或甲醇在水中的溶液或甲醇發(fā)生器的外殼。
在圖3中，氫燃料電池系統(tǒng)36包括氫燃料盒38，所述盒在其內(nèi)部體積39內(nèi)包括氫氣或氫發(fā)生器。盒38具有外殼44和氫燃料出口42。
燃料電池系統(tǒng)36也包括燃料電池10，其具有外殼12、氧或空氣入口16、水出口18以及包括載荷20的導(dǎo)體19。
盒38通過(guò)連接部分40連接到燃料電池10上。連接部分在燃料電池的氫燃料入口14和盒的氫燃料出口42之間形成流體連接。氫氣可通過(guò)該流體連接由盒轉(zhuǎn)移至燃料電池。當(dāng)燃料電池不再需要?dú)錃鈺r(shí)，該流體連接可關(guān)閉或者可使盒與燃料電池分離。
在圖3中，氫燃料電池的外殼12可包括燃料消耗涂層28。盒38的外殼44可包括燃料消耗涂層45。盡管涂層28和45均包括在圖3燃料盒和燃料電池的外殼上，但在其它實(shí)施方案中，可存在涂層28和涂層45中的一個(gè)。在一些情況下，一個(gè)或多個(gè)涂層可覆蓋燃料電池外殼和盒外殼的全部外表面。在其它情況下，一個(gè)或多個(gè)涂層可覆蓋全部燃料電池系統(tǒng)的部分外表面。
參見圖4，容器46包括外殼48，其具有外表面50和限定內(nèi)部體積54的內(nèi)表面52。將氫燃料電池系統(tǒng)36裝在或換句話講包含在內(nèi)部體積54內(nèi)。氫燃料電池系統(tǒng)36包括具有外殼44和氫燃料出口42的氫燃料盒38。燃料電池系統(tǒng)36也包括氫燃料電池10，其具有氧入口16、水出口18、外殼12以及具有載荷20的導(dǎo)體19。通過(guò)連接部分40將燃料電池10連接到盒38上。連接部分形成燃料電池的氫燃料入口14和盒的氫燃料出口42之間的流體連接。
燃料消耗涂層28覆蓋內(nèi)表面52的一部分。在一些情況下，涂層可覆蓋所有內(nèi)表面，或者比圖4所示內(nèi)表面更大或較小的部分。涂層28可覆蓋容器內(nèi)表面的多個(gè)部分。在一些情況下，燃料電池系統(tǒng)和容器均可包括涂層。在其它情況下，燃料電池系統(tǒng)包括涂層，但容器并不包括涂層。在一些實(shí)施方案中，容器的外表面和內(nèi)表面兩者或者其中之一涂布有涂層。
容器46可為，例如，公文包、運(yùn)輸包裝、陳列包裝、存儲(chǔ)包或便攜包。在一些情況下，容器為房間、火車廂、飛機(jī)艙或汽車。
涂層可小于約0.3175cm(0.125英寸厚)(例如，介于約0.0254cm(0.010英寸)和約0.16002cm(0.063英寸厚)之間)。涂層可具有均勻厚度或者涂層可在一些區(qū)域比其在其它區(qū)域更厚些。
涂層28可與滲漏在氫燃料電池外的氫氣反應(yīng)。在圖1和2中，涂層28包括氫消耗劑，如氫吸氣劑或氫重組劑(例如，氫重組催化劑)。氫重組劑促進(jìn)氫被大氣氧氧化以生成水。氫吸氣劑通過(guò)使氫與氧化劑反應(yīng)來(lái)吸收氫。
合適的氫重組催化劑與氫吸氣劑描述于美國(guó)專利6,500,576和美國(guó)專利6,333,123中，每個(gè)專利均全文引入以供參考。重組催化劑可包括活化催化劑和粘合劑。活化催化劑可分散在粘合劑中。例如，活化催化劑可溶解于或者均勻分布于粘合劑中。分散體可用膜膠囊包封?；罨呋瘎┛尚纬捎谂c催化劑混合的氫氧化材料，或者形成于就地還原成催化劑的催化劑前體。例如，氧化材料可包括氧化銅，其就地還原成銅金屬。催化劑前體可包括氯化鉑或氯化釕，或者氯化鉑與氯化釕的混合物。催化劑前體可就地還原生成催化劑。一旦被還原，銅金屬和鉑和/或釕可作為催化劑用于氫的重組。氫吸氣劑可包括氫氧化材料、活化催化劑和粘合劑。氫氧化材料和活化催化劑可分散在粘合劑中。例如，氫氧化材料和活化催化劑可溶解于或者均勻分布于粘合劑中。分散體可用膜膠囊包封。
與活化催化劑組合的氫氧化材料吸收滲漏在氫燃料電池外的氫氣。氫氣的吸收可通過(guò)氫氣氧化成水而發(fā)生。氫氧化材料氧化氫?；罨呋瘎┙档蜌溲趸牧虾蜌渲g氧化過(guò)程的活化能，從而增加氧化發(fā)生的速度。氫氧化材料的實(shí)施例包括，但不限于，氧化錳、羥基氧化錳、羥基氧化鎳、氧化銅、氧化鋇、氧化銀、氧化汞、高錳酸鉀、高錳酸銀、磷酸錳、三氧化鉍、間二硝基苯和醌。
活化催化劑可包括能夠斷裂氫的第一組分和第二組分。第一和第二組分每個(gè)均可選自過(guò)渡金屬，如第VIII族金屬、合金、氧化物或鹽?；罨呋瘎┙M分的實(shí)施例包括，但不限于，鉑、鈀或釕金屬、氧化物、鹽或它們的混合物?；罨呋瘎┛砂然K和/或氯化釕，或者硫酸鉑和/或硫酸釕。在一些情況下，活化催化劑被支撐在氧化物、碳或無(wú)機(jī)基底如高表面積氧化鋁、二氧化硅或分子篩上。
合適的粘合劑材料可滲透氫、甲醇、乙醇、甲酸、肼或其它燃料(例如，甲烷、丙烷、丁烷或氨)，并可滲透氧氣和水蒸汽。合適的粘合劑為氣體可滲透基體。粘合劑增加氫氧化材料和活化催化劑相對(duì)于成粉末的非分散形式的氫氧化材料和活化催化劑的活性表面積。粉末顯示的氫氧化材料和活化催化劑可形成團(tuán)或小塊，其抑制長(zhǎng)期氫氧化，即，在所述塊的外表面被全部還原后的氫氣氧化速度。粘合劑材料可為無(wú)機(jī)固體或聚合物。無(wú)機(jī)固體的實(shí)施例可為水泥，如卜特蘭水泥或熟石膏。聚合物的實(shí)施例包括聚異丁烯、EP橡膠和硅氧烷聚合物，如GEII型硅氧烷橡膠(購(gòu)自位于Waterford，N.Y.的GE)。
代替分散在例如硅氧烷中，氫消耗劑可分散在另一種可滲透聚合物中，或者可束縛在膠乳涂料中?？赏ㄟ^(guò)粘合劑，例如PVC乳液粘合劑、醇酸樹脂乳液或丁基膠乳乳液將氫消耗劑粘附到表面上。
合適的氫消耗劑的實(shí)施例為摻雜氯化鉑和氯化釕的氧化銅在硅氧烷中的分散體。
氫消耗劑可用膜膠囊包封。所述膜可為與氣體可滲透基體不同材料的氣體可滲透聚合物薄層。這種膠囊包封可防止或減少燃料消耗劑剝落或脫落的發(fā)生，或者可提供耐磨保護(hù)。膠囊包封催化劑可允許用水或其它液體相對(duì)容易地洗滌涂層而不會(huì)去除氫氧化材料。
用于膠囊包封氫消耗劑的優(yōu)選材料可滲透氫氣、甲醇、乙醇、甲酸、肼或其它燃料(例如，甲烷、丙烷、丁烷或氨)，并可滲透氧氣和水蒸汽。合適的膜材料包括聚烯烴，如聚乙烯、塑料、橡膠、彈性體、氟彈性體和石蠟。其它膜材料包括聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯共聚物和共混物、聚丁烯以及蠟與聚烯烴的共混物。膠囊包封膜的厚度可調(diào)整至為催化劑提供結(jié)構(gòu)支撐。膠囊包封膜可小于約0.0381cm(0.015英寸厚)(例如，介于約0.0254cm(0.010英寸)和約0.00127cm(0.0005英寸厚)之間)。
氫消耗劑可包括，例如，介于約75％和約85％重量之間的氫氧化材料，介于約0.05％和約6％重量之間的活化催化劑，以及介于約10％和約20％重量之間的粘合劑。氫消耗劑可包括介于約一和約五重量百分比之間的膠囊包封材料。優(yōu)選地，氫消耗劑包括介于約0.1％和約2％重量之間的活化催化劑。更優(yōu)選地，氫消耗劑包括介于約0.05％和約0.2％重量之間的第一活化催化劑，例如鉑或鈀金屬、它們的氧化物或鹽，以及介于約0.2％和約1.8％重量之間的第二活化催化劑，例如釕金屬或其氧化物或鹽。
盡管以上討論了氫消耗劑，但是在將燃料消耗劑施用到甲醇燃料電池或甲醇盒上或其附近的情況下，燃料消耗劑可為甲醇消耗劑?？删哂惺┘拥狡涓浇娜剂舷膭┑钠渌剂虾腿剂想姵厥怯靡掖?、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼或氨工作的那些。氫消耗劑，例如描述于美國(guó)專利6,500,576與美國(guó)專利6,333,123中的氫重組催化劑與氫吸氣劑，可用作甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼或氨燃料電池的燃料消耗劑。氫消耗劑可造成甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼或氨的無(wú)焰催化燃燒。
在一些實(shí)施方案中，燃料電池、燃料盒或容器包括告知使用者燃料滲漏的燃料傳感器。例如，燃料傳感器可為催化的氧化銅片，其在接觸氫氣時(shí)改變顏色，例如，由黑色變成銅色，從而提供氫氣滲漏的視覺信號(hào)。
在一些情況下，氫消耗劑為氫消耗材料薄片，例如，其被限制在容器內(nèi)的兩層透氣材料(例如，紙張、非織造聚烯烴纖維紙如TYVEC(購(gòu)自DuPont)、皮革、布料或氈)之間。氫消耗劑可為材料片形式，例如，可將其縫到在氫燃料電池或氫燃料源附近工作的人員身上。
可通過(guò)例如噴涂、涂刷、印刷、浸漬涂層或利用刮粉刀將氫消耗劑施用到燃料電池、燃料盒或容器表面上。
在使氣體可滲透基體固化前，可用脂族溶劑(例如，溶劑油)稀釋分散在氣體可滲透基體中的催化劑。這種稀釋可降低分散體的粘度，使得可利用上述方法之一容易地將分散體作為涂層施用。
將膠囊包封膜疊放在分散體(包含氫氧化材料和活化催化劑的粘合劑)上，然后熱密封膜的開口邊緣?？晒┻x擇地，膜可作為涂層由熔體、溶液、懸浮液、乳液、膠乳施用，或者由蒸汽相施用。
燃料消耗劑可在用于燃料電池、燃料盒或容器上之前在燃料中預(yù)處理。例如，上述氫重組催化劑(摻雜氯化鉑和氯化釕的氧化銅)可在氫氣中預(yù)處理以避免酸如鹽酸的釋放，其可在催化劑首次使用時(shí)產(chǎn)生。
其它實(shí)施方案在以下權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括燃料電池，其包括燃料電池外殼，所述外殼具有第一外表面和限定所述燃料電池外殼第一內(nèi)部體積的第一內(nèi)表面，和陰極、陽(yáng)極以及設(shè)置在所述第一內(nèi)部體積內(nèi)的電解質(zhì)；燃料盒，所述燃料盒連接到所述燃料電池上并包括盒外殼，所述盒外殼具有第二外表面和限定所述盒外殼第二內(nèi)部體積的第二內(nèi)表面，其中所述第二內(nèi)部體積包括燃料；和燃料消耗劑，所述燃料消耗劑設(shè)置在所述第一外表面和所述第二外表面中的至少一個(gè)上。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池包括氫燃料電池。
3.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
4.如權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料盒包括氫燃料盒。
5.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料選自由下列物質(zhì)組成的組甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼和氨。
6.一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括燃料電池，所述燃料電池包括燃料電池外殼；燃料盒，所述燃料盒連接到所述燃料電池上，所述盒包括盒外殼；和燃料消耗劑，所述燃料消耗劑設(shè)置在所述燃料電池外殼和所述盒外殼中的至少一個(gè)上。
7.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池包括氫燃料電池。
8.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
9.如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料盒包括氫燃料盒。
10.如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫消耗劑包括氫重組劑。
11.如權(quán)利要求10所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫重組劑包括氫氧化材料和活化材料。
12.如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述活化材料包括第一活化組分和第二活化組分，所述第一和第二活化組分每個(gè)均能夠斷裂氫。
13.如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫氧化材料包括選自由下列物質(zhì)組成的組的化合物氧化錳、羥基氧化錳、羥基氧化鎳、氧化銅、氧化鋇、氧化銀、氧化汞、高錳酸鉀、高錳酸銀、磷酸錳、氧化鉍、間二硝基苯和醌。
14.如權(quán)利要求13所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫氧化材料包含氧化銅。
15.如權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述活化材料的第一活化組分包括過(guò)渡金屬或它們的鹽或氧化物。
16.如權(quán)利要求15所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述過(guò)渡金屬選自由下列金屬組成的組鈀、鉑和釕。
17.如權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述活化材料的第二活化組分包括過(guò)渡金屬或它們的鹽或氧化物。
18.如權(quán)利要求17所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述過(guò)渡金屬選自由下列金屬組成的組鈀、鉑和釕。
19.如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫消耗劑包括氫吸氣劑。
20.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池外殼與所述盒外殼可釋放地嚙合。
21.如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫消耗劑分散在氣體可滲透基體內(nèi)。
22.如權(quán)利要求21所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述氫消耗劑分散在硅氧烷聚合物內(nèi)。
23.如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括在所述氫消耗劑之上的涂層。
24.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池為甲醇燃料電池、乙醇燃料電池、甲烷燃料電池、丙烷燃料電池、丁烷燃料電池、甲酸燃料電池、肼燃料電池或氨燃料電池。
25.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池，所述電化學(xué)電池還包括燃料傳感器。
26.一種電化學(xué)電池，所述電化學(xué)電池包括燃料電池，其包括外殼，所述外殼具有外表面和限定所述外殼內(nèi)部體積的內(nèi)表面；和燃料消耗劑，所述消耗劑設(shè)置在所述外表面上。
27.如權(quán)利要求26所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電池包括氫燃料電池。
28.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
29.如權(quán)利要求26所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電池為甲醇燃料電池、乙醇燃料電池、甲烷燃料電池、丙烷燃料電池、丁烷燃料電池、甲酸燃料電池、肼燃料電池或氨燃料電池。
30.如權(quán)利要求26所述的電化學(xué)電池，其中所述燃料電池還包括陰極、陽(yáng)極和設(shè)置在所述內(nèi)部體積內(nèi)的電解質(zhì)。
31.如權(quán)利要求30所述的電化學(xué)電池，其中所述陽(yáng)極氧化氫氣。
32.如權(quán)利要求26所述的電化學(xué)電池，所述電化學(xué)電池還包括燃料傳感器。
33.一種氫氣盒，所述氫氣盒包括外殼，所述外殼包括氫氣，其中所述外殼具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面；和氫消耗劑，所述氫消耗劑設(shè)置在所述外表面上，其中所述氫消耗劑分散在氣體可滲透的基體內(nèi)。
34.如權(quán)利要求33所述的氫氣盒，其中所述氣體可滲透的基體包括硅氧烷聚合物。
35.一種燃料盒，所述燃料盒包括外殼，所述外殼包括燃料，其中所述外殼具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面；和燃料消耗劑，所述消耗劑設(shè)置在所述外表面上，其中所述燃料消耗劑分散在氣體可滲透的基體內(nèi)。
36.如權(quán)利要求35所述的燃料盒，其中所述燃料選自由下列物質(zhì)組成的組甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼、氨、以及它們的組合。
37.一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的容器；和設(shè)置在所述內(nèi)部體積內(nèi)的燃料消耗劑和燃料電池。
38.如權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)還包括連接到所述燃料電池上的燃料盒。
39.如權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池包括氫燃料電池。
40.如權(quán)利要求39所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
41.如權(quán)利要求37所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池為甲醇燃料電池、乙醇燃料電池、甲烷燃料電池、丙烷燃料電池、丁烷燃料電池、甲酸燃料電池、肼燃料電池或氨燃料電池。
42.一種電化學(xué)電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的容器；和設(shè)置在所述內(nèi)部體積內(nèi)的燃料消耗劑和燃料盒。
43.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料盒包括氫燃料盒。
44.如權(quán)利要求43所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
45.如權(quán)利要求42所述的電化學(xué)電池系統(tǒng)，其中所述燃料盒為甲醇燃料盒、乙醇燃料盒、甲烷燃料盒、丙烷燃料盒、丁烷燃料盒、甲酸燃料盒、肼燃料盒或氨燃料盒。
46.一種涂布燃料電池的方法，所述方法包括用燃料消耗劑涂布燃料電池的部分外表面。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中所述燃料電池包括氫燃料電池。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
49.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述氫燃料電池包括具有外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的外殼。
50.如權(quán)利要求46所述的方法，其中所述燃料電池為甲醇燃料電池、乙醇燃料電池、甲烷燃料電池、丙烷燃料電池、丁烷燃料電池、甲酸燃料電池、肼燃料電池或氨燃料電池。
51.如權(quán)利要求46所述的方法，其中涂布所述外表面包括用所述燃料消耗劑涂刷所述外表面。
52.如權(quán)利要求46所述的方法，其中涂布所述外表面包括用所述燃料消耗劑噴涂所述外表面。
53.如權(quán)利要求46所述的方法，其中涂布所述外表面包括將所述外表面浸漬在所述燃料消耗劑內(nèi)。
54.如權(quán)利要求46所述的方法，其中涂布所述外表面包括用所述燃料消耗劑印刷所述外表面。
55.一種涂布燃料盒的方法，所述方法包括用燃料消耗劑涂布燃料盒的部分外表面，其中所述燃料消耗劑分散在氣體可滲透的基體內(nèi)。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述燃料盒包括氫燃料盒。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中所述燃料消耗劑包括氫消耗劑。
58.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述燃料盒為甲醇燃料盒、甲烷燃料盒、丙烷燃料盒、丁烷燃料盒、乙醇燃料盒、甲酸燃料盒、肼燃料盒或氨燃料盒。
59.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述燃料盒包括所述外表面和限定內(nèi)部體積的內(nèi)表面。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，其中燃料設(shè)置在所述內(nèi)部體積內(nèi)。
61.一種控制燃料滲漏的方法，所述方法包括使從包括燃料電池的電化學(xué)電池系統(tǒng)滲漏出的燃料與所述燃料電池外部的燃料消耗劑接觸。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中所述燃料為氫。
63.如權(quán)利要求61所述的方法，其中所述燃料選自由下列物質(zhì)組成的組甲醇、乙醇、甲烷、丙烷、丁烷、甲酸、肼和氨。
全文摘要
一種電化學(xué)電池系統(tǒng)(36)，其包括燃料電池(10)和盒外殼(44)，所述燃料電池包括燃料電池外殼(12)和陰極、陽(yáng)極，所述電池外殼(12)具有第一外表面和限定所述燃料電池外殼第一內(nèi)部體積的第一內(nèi)表面，所述盒外殼(44)具有第二外表面和限定所述盒外殼第二內(nèi)部體積(39)的第二內(nèi)表面，其中所述第二內(nèi)部體積(39)包括設(shè)置在所述第一外表面和所述第二外表面中的至少一個(gè)上的燃料消耗劑(28，45)。
文檔編號(hào)F17C11/00GK1965432SQ200480043294
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者S·M·戴維斯 申請(qǐng)人:吉萊特公司