专利名称：燃料电池原位生产燃料的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种生产燃料的装置及方法。本发明尤其涉及生产燃料供燃料电池使用的燃料系统与方法。
背景技术：
燃料电池是一种直接将例如燃料和氧化剂的反应物的化学能量，转换成直流(DC)电的装置。由于应用数量的增多，燃料电池较例如化学燃料燃烧的其它发电机构，以及例如锂离子电池的便携式存储电源更有效率。
通常，燃料电池技术包括多种不同的燃料电池，例如碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池和酶燃料电池。有些燃料电池使用压缩氢气(H2)为燃料，压缩氢气一般均维持在高压下保存而且很难处理，此外，通常需要大容量存储箱而不能作成用于消费电子装置所需的足够小型。质子交换膜燃料电池(PEM)使用甲醇(CH3OH)、硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物(烃hydrocarbons)(例如丁烷)或其他燃料重组成氢气燃料。传统的重组燃料电池需要重组器以及其它蒸发和辅助系统来将燃料转化成氢气来和氧化剂在燃料电池中发生反应。最近的技术发展使得重组器或重组燃料电池有希望应用于消费性电子装置。其他质子交换膜燃料电池直接使用甲醇(CH3OH)作为燃料(“直接甲醇燃料电池”或DMFC)，直接甲醇燃料电池的甲醇会在燃料电池中与氧化剂直接产生化学反应，DMFC是最简单且有可能最小的燃料电池，也有希望应用于消费性电子装置。固态氧化物燃料电池(SOFC)会在高热转化碳氢化合物燃料，例如丁烷，以产生电力。固态氧化物燃料电池需要超过800℃以上相当高的温度，才可使燃料电池产生反应。
每种类型燃料电池的化学反应都不同，就直接甲醇燃料电池而言，在每个电极上产生的电化反应及直接甲醇燃料电池的整体反应描述如下阳极上发生的半反应CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-阴极上发生的半反应1.5O2+6H++6e-→3H2O燃料电池的整体反应CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O由于氢离子(H+)透过质子交换膜由阳极移动到阴极，而自由电子(e-)不能通过质子交换膜，所以电子必须流经外部电路因而产生流经外部电路的电流。外部电路可以是任何可以的消费性电子装置，例如移动或蜂窝电话、计算机、个人数码助手(personal digital assistants)、笔记本电脑、和其它电动工具。
直接甲醇燃料电池(DMFC)已在美国专利5,992,008和5,945,231中讨论过，将其整体并入本文参考。通常，质子交换膜由例如杜邦公司的Nafion薄膜之类的聚合物制成，它是一种高氟化材料，厚度范围由大约0.05mm到大约0.50mm，或是其它合适的薄膜。阳极一般由特氟龙碳纸制成，并由包含例如铂-钌金属沉淀的催化剂薄层所支撑。而阴极一般是气体扩散电极，其将铂金属粒子结合在薄膜的一边。
另外一种硼氢化钠重组器燃料电池的电池反应如下NaBH4(水性)+2H2O→(热或催化剂)→4(H2)+NaBO2(水性)阳极的半反应H2→2H++2e-阴极的半反应2(2H++2e-)+O2→2H2O上述反应中合适的催化剂包括铂和钌及其他金属。在燃料电池中，由硼氢化钠转换产生的氢气燃料与例如氧气的氧化剂反应，以产生电流(或电子流)以及水副产物。在重组过程中同时产生四硼酸钠(NaBO2)副产品。硼氢化钠燃料电池已在美国公开的专利申请号为2003/0082427的专利中有所讨论，在此并入本文参考。
燃料电池应用上其中的一项重要特征是燃料的储存。燃料补给器也应当很容易地插入燃料电池或由燃料电池提供电源的电子装置中。另外，燃料补给器还应很容易地被替换或再填充。
美国专利申请2003/0082427中公开了一种燃料盒，其中硼氢化内燃料会在燃料盒中重组以形成氢气及副产品。然而，先前的技术并未揭示可允许在原位生产燃料或者是含有不具腐蚀性的试剂、低成本储存、或是具有下述的优点与特征的燃料补给器。
发明内容
因此，本发明提供一种可允许在原位生产燃料供燃料电池使用的燃料补给器。
本发明还提供一种含有前驱试剂可产生反应形成供燃料电池使用的燃料的燃料补给器。
根据本发明的一方面，提供一可允许在原位生产燃料供燃料电池使用的燃料补给器，上述燃料补给器具有包括一个前驱试剂的第一隔间，而且该补给器系统还具有包括第二前驱试剂的第二隔间，因此在第一隔间与第二隔间中的内涵物，可相互混合以产生提供燃料电池电源的燃料。
根据本发明的另一方面，提供生产燃料以供燃料电池使用的一种方法，包括提供补给器给具有包括第一前驱试剂的第一隔间的燃料电池的步骤，还包括使第一前驱试剂与第二前驱试剂产生反应以形成燃料的步骤，该反应可发生在燃料补给器的内部或外部。
附随的附图是说明书的一部分，应当一并参考，而不同的附图中使用相同的部件符号以代表相同的部件。
图1是根据本发明的具有多个前驱试剂隔间的具体实施例燃料盒的横截面图；图2是根据本发明的另外一个具有单一前驱试剂隔间的具体实施例燃料盒的横截面图；图3是根椐本发明的另外一个具有上下隔间的具体实旋例燃料盒的概略图，其中燃料前驱试剂会在燃料盒外混合；以及图4和图4A是依据本发明的另外一个具有并排隔间的具体实施例燃料盒的概略图，而其中前驱燃料试剂会在燃料盒外混合。
具体实施例方式
如
以及下面的详细讨论，根据本发明的一方面，提供一个或多个前驱试剂加入燃料中，以供燃料电池使用的燃料补给器。该燃料包括例如各种不同浓度的甲醇/水混合物、硼氢化合物(borohydrides)、硼烷(borane)及联氨(hydrazine)。适当的前驱试剂包括，例如水、二碳酸盐二乙烷(dimethyl dicarbonate)，含硼烷聚合物，碳酸钠、吖嗪(azine)、过氧化氢(hydrogen peroxide)、氨及丁酮(methylethyl ketone)。
根据本发明另一方面，涉及一种生产燃料以供燃料电池使用的方法。这方法包括将来自燃料补给器的一个或多个前驱试剂与来自同样的燃料补给器内部或外部的一个(或多个)其它前驱试剂的步骤。前驱试剂之间的反应能够在燃料补给器的内部或外部发生。
根据本发明另一方面，涉及包括加入一个或多个前驱物的燃料系统，供燃料给燃料电池使用。
本发明还涵盖除上述前驱物以外的供任何类型燃料电池燃料使用的前驱物，下面将讨论。这些另外的燃料包括但不限于乙醇或其他酒精、可重组形成氢气的化学物质，或者其它可改善燃料电池效能或效率的化学物质。适合使用在本发明中的燃料因此也包括甲醇、过氧化氢与硫酸的混合物，其流经一个在硅晶片上形成的催化剂以产生燃料电池反应。适合的燃料还包括碳氢化合物燃料，其中包括但不限于丁烷、煤油(kerosene)、酒精与天然气，上述物质揭示在美国于2003年5月22日公告的专利申请2003/0096150、名称为“液态界面的燃料电池装置”一案中，在此完整引入参考使用。合适的燃料还包括可与燃料发生反应的液态氧化剂。因此，本发明并不限定置于燃料补给器内或者是被燃料电池系统所使用的任何类型的燃料、电解溶剂、氧化物溶剂、液体或固体。此处使用的“燃料”一词包含所有可在燃料电池中发生反应的燃料，包括但不限于所有上述适合的燃料、电解溶剂、氧化物溶剂、液体、固体和/或化学物质及其混合物。
依据本发明的燃料电池因此可包括氢氧化钾(KOH)电解液，这对于金属燃料电池或碱性燃料电池是非常有用的，而且可以储存在燃料盒中。对于金属燃料电池，燃料是以流体锌粒子形式浸在氢氧化钾电解质的反应溶液中，因此在电池空洞内的阳极上会布满锌粒子微粒。氢氧化钾燃料已经披露在美国于2003年4月24日公告的专利申请2003/0077493、名称为“使用设定的燃料电池系统以提供一个或多个负载电源的方法”，在此完整引入参考。
此处使用的“燃料补给器”一词，包括但不限于抛弃式燃料盒、填充式/可重复使用的燃料盒、位于电子装置内的燃料盒、位于电子装置之外的燃料盒、燃料箱、燃料储存器、燃料再填充箱、其他可储存燃料的容器，以及连接到燃料箱、容器、燃料电池或以燃料电池供电的电子装置的管路。虽然以下所描述的燃料盒会与本发明的具体实施例结合以作为示例，但需要注意的是，这些具体实施例也可以用在其他燃料补给器上，而且本发明不受限于任何特殊形式的燃料补给器。
图1显示供储存燃料前驱物以重组燃料的燃料盒10，例如那些可生产硼氢化钠、甲醇、硼烷氨或联氨。在前驱物发生反应产生燃料后，燃料便可直接用在燃料电池上，或被重组形成氢气，然后氢气会被输送到燃料电池，例如质子交换膜燃料电池，被转换为电力与副产品。可以理解的是，任何燃料均可被重组以产生可用于燃料盒的氢气，因此是在本发明范围之内。
下面描述的实施例类似于完整披露在2003年10月6日提出的第10/679，756、名称为“燃料电池的燃料盒及其制造方法”审查中的专利案，以及在2003年7月29日提出的第10/629,004号、名称为“含弹性衬垫的燃料盒”审查中的专利申请案，上述两案均完整并入参考。
燃料盒10包括腔室12，其被区隔为第一隔间14与反应物隔间16，该隔间由移动式壁板18分隔，其具有凸刷20。凸刷20或一个弹性O型环会在腔室12的内部表面形成一密封，因此第一隔间14与反应物隔间16之间不会流通。可以使用一种可移动式薄膜，一种可延伸式薄膜或其他类似物可替换移动式壁板18，只要当第一隔间14的容量减少时，反应物隔间16的容量增加即可。另一种方法是，如果第一隔间14与反应物隔间16包含有内部衬垫，以分别储存燃料前驱物和反应物，这样可以省略由凸刷20或O型环所形成的密封，该衬垫已经公开在‘004号审查中的专利申请案中。
第一隔间14围绕第三隔间15，储存在隔间14和隔间15的前驱试剂会被混合以产生燃料，当试剂比燃料的腐蚀性更低时，以前驱试剂形式储存燃料可以增加燃料盒储存或隔架的使用期限。第三隔间15时可以被打破的，而且含有第一燃料前驱试剂，隔间14内的第二前驱试剂围绕着第三隔间15。当需要燃料时，例如在燃料盒被连接到燃料电池之前，腔室12的壁板可被压迫，以便打破隔间15释放第一前驱试剂进入第二前驱试剂，这些前驱试剂会在燃料盒内混合以形成一重组燃料。可选择其他催化剂以促进反应，重组燃料随后会被传送到反应腔室22，以与现有的另一催化剂产生反应或是被加热。能产生适当氢气的催化剂包括铂或钌或是其他金属。
另外—种方法是，隔间14提供的燃料前驱试剂的混合未反应或者只有部分反应。在另外一个具体实施例中，前驱试剂并不会形成燃料，一直到被加热或者其它来自隔间14与隔间15外部的作用。这样，作为一种简单的前驱混合物，前驱物可以被加热和/或暴露于反应腔室22的催化剂以形成重组燃料。在这些可选择的具体实施例使用的前驱试剂，也可以包括暴露于隔间14与隔间15外部的加热或催化剂阶段，以提高燃料的生产。
燃料与未反应的前驱物可以由泵24来传送。另外一种方法是，燃料和未反应的前驱物可以通过一灯芯或毛细管媒介物来传送。另外一种方法是，燃料和未反应的前驱物可通过来自前驱试剂反应、氢气的产生或任何其它反应所产生的副产品气体所导致的压力来传送。通过灯芯或毛细管作用传送的燃料电池燃料已经完全披露在2003年1月31日提出的10/356,793、名称为“燃料电池的燃料盒”审查中的专利申请案，在此完全引入参考。另外一个可选择的检查阀26，即单向流动阀，可安装在反应腔室22与燃料前驱物隔间14之间。
在另外一个具体实施例中，重组燃料的生产需要未储存在隔间14与隔间15中的另外的材料。因此设置一个独立的隔间(未显示)，其可储存第三前驱试剂、催化剂、热混合物或者隔间14与隔间15中的前驱试剂或溶剂之一的多余量。这些增加的试剂分别以上述传送燃料和未反应前驱物的任何方法传送到反应腔室22中。
在反应室22中产生的反应物氢气(H2)与液体副产品随后会在通道30中被传到到腔室12的反应物隔间16。反应物隔间16具有薄膜32，其可以允许氢气通过位于燃料盒10中的内部空间34。因此，液体副产品会保留在反应物隔间16中。如图中虚线所示，氢气可由控制阀36选择性地从燃料盒10输出到燃料电池以产生电力。控制阀36已经披露于2003年7月29日提出的第10/629，006、名称为“含连接阀门的燃料盒”案中，在此完整引入参考。因采用薄膜32，因此产生一定的压力差而穿过薄膜是必要的，可让氢气穿过薄膜移动。由于氢气的存在，在反应物隔间16内的压力会比在燃料隔间14中的压力高，而且移动式壁板18会受到这种压力差的推挤，而迫使燃料从燃料隔间14中流出到反应腔室20，在上述‘004号专利申请案中所述的提升阀可以和薄膜32结合使用。另外一种方法是，使用一多孔性薄膜，例如装填物、泡沫材料或者类似材料来替代提升阀。氢气从反应物隔间16移动到内部空间34和阀36，穿过上述的多孔薄膜时需要压力降低。
在本具体实施例中，当不再需要氢气燃料时，关闭阀36。内部空间34中的氢气停止流出，从而产生回压。这个回压阻止流向反应物腔室16，其同时也停止流体回路的流动，这样停止了反应物以及燃料的生产。当再次需要燃料时，阀36会被开启而加压的氢气流出燃料盒，并降低在内部空间34中的压力，其使氢气可从反应物腔室16流到内部空间34，这个流动再次将燃料从燃料隔间14拉到反应腔室22以重新开始反应。通过已知的流经泵的流速与启动泵的时间，泵24可用于测量燃料从隔间14流出的流量。燃料盒10也可具有释放阀33，例如提升阀，其可设定为当内部空间压力达到预定的数值时开启。
在参考如图1，燃料盒10可进一步包括至少一个可打破的第四隔间17，其包括与第三隔间15中相同或不同的前驱物。在一个具体实施例中，其中隔间15与隔间17包含相同的前驱物，燃料最初由来自隔间15中的前驱试剂与围绕在隔间15周围的数量过多的前驱物相互反应而产生(如前面描述的那样)。第四隔间17可被打破地固定于隔间14内的内壁上，当后来破裂时可释放多余的前驱试剂。这可在当隔间16中的气体副产品增加并推挤移动式壁板18更进一步进入隔间14时完成。其结果是，安装在壁板18上的破裂构件41朝向隔间17移动并破裂，从而释放或产生额外的前驱试剂。从隔间17释放出的前驱试剂在隔间14内与剩余的前驱试剂混合，会产生新的燃料补给。使用这种方式，一系列或一队列的可破裂式或可被刺破的隔间，例如隔间17，可被用于提供一个连续的且可扩展的燃料补给。隔间17还可以用于取代隔间15。另外一种方法是，隔间17是可拆卸的，并且以可撕毁或容易毁坏的部分连接到隔间14的壁板上，因此当移动式壁板18接触到一可拆下的隔间17时，可拆卸式隔板17最好可沿着容易毁坏部分拆下以释放出其含有的前驱试剂。上述容易毁坏部分可以是一隔厚度较薄的部分，这个部分可以是可撕破的长条状。
适合隔间15与隔间17的材料包括玻璃(供可打破的隔间使用)以及天然橡胶(供分离的隔间使用)、聚合物(包括低密度到高密度的PE)、乙烯丙稀(EP)、乙烯-丙稀三共聚物及其它薄的聚合物膜(供可刺穿隔间使用)。在一具体实施例中，在该可刺穿隔间中的聚乙烯是被氟化，而且基本上不含金属离子以确保低渗透作用。聚乙烯可用一蒸气阻隔层以形成薄片，例如铝箔或添加氟化处理的塑料，以减少例如甲醇的渗透作用。
在图1所示的具体实施例中，当所产生的燃料可直接被燃料电池使用时，例如甲醇燃料和直接甲醇燃料电池，反应腔室22与反应物隔间16以及相关原件便可以被省略。换言之，燃料盒可简单地包括含有第一前驱试剂的第一隔间14，与含有第二前驱试剂的第三隔间15，而第三隔间15是可被打破的，因此在燃料盒连接至燃料电池之前，试剂已被混合。
依据本发明的燃料补给器的另外一个具体实施例，如图2所示具有一个单一的前驱试剂隔间。燃料盒100具有腔室120，其内具有衬垫140，而衬垫140具有第一燃料前驱试剂，通过阀160可送到外部反应室而与其他前驱试剂混合。阀160可用来控制前驱试剂的传送出衬垫140，阀160可以具有任何结构，较理想的情况是，阀160基本上类似于先前所讨论的阀36。另外一种方法是，第二前驱试剂可以通过阀160传送到衬垫140中，在燃料盒连接到燃料电池前，在燃料盒中产生燃料。
根据本发明的另外一个方面，燃料盒可包括两个或更多的隔间。如图3所示，燃料盒210可具有隔间246与隔间248，其中一个隔间位于另外一个隔间上方。优选，一个隔间容纳有第一前驱物，而另外一个隔间容纳第二前驱物。每一个隔间包含一个插入注入器，通过毛细管作用将前驱物传送出燃料盒。在图3所示的具体实施例中，隔间248的连接柱250以同轴方式安装在隔间246的连接柱252内。优选柱250以一防水膜从柱252隔离。如图所示，每一柱连接到毛细管圆盘上，以确保其中含有的液体从隔间中吸出去。另外一种方法是，上述隔间可以并列式放置，例如图4所示的隔间254与隔间256。而且，隔间可具有衬垫以储存燃料，如图4A所示。各隔间254、256包括插入注入器，其分别地包括连接柱258、260，以及毛细管圆盘以把液体吸离隔间。图3及图4中的燃料盒已经披露于在先申请同样在审查中的‘793案中，在此完整引入参考。在这些具体实施例中，上述两个前驱物蒸气会被泵人外部混合腔室262中。这些具体实施例合用于非重组燃料或是可被直接泵入燃料电池的燃料，例如甲醇。当使用泵时，注入器或灯芯材料可以省略。
可用于本发明的泵已经披露于在先申请‘756号专利申请案中，在此完整引入参考。一种合适的泵是微机电系统(MEMS)压电泵。而上述前驱试剂可结合在燃料电池或其上游任何位置上。因此，在优选的实施例中，两个前驱试剂如图3和图4所示，会在流入燃料电池之前结合。
需要注意的是，本发明可以使用任何数量的隔间，以容纳任何类型的前驱试剂或前驱试剂混合物。例如，燃料盒可以具有多个内部衬垫。在另外一个实施例中，燃料盒可以具有第一内部衬垫或者其他内部隔间以供固态前驱试剂使用，以及第二内部衬垫或其它内部隔间以供适当的辅助式液态前驱试剂使用。
下面几个说明性的实施例是根据本发明适合使用的几种燃料电池燃料的前驱试剂的举例实施例1-硼氢化合物的原位生产根据本发明的一个方面，硼氢化合物(包括各种盐，例如但不限于硼氢化铵、二硼氢化钙与硼氢化钠)依据几种已知方法在原位生产各种硼氢化合物。
如上所述，硼氢化钠是一种重组燃料电池燃料，依据下列化学方程反应式进行反应以生成氢气NaBH4(水性)+2H2O→(加热或催化剂)→4(H2)+NaBO2(水性)本发明提供了硼氢化钠(与其他硼氢化物)的原位生产，可以使用于该反应以产生氢气。几种描述硼氢化物的生产方法已披露于美国专利6,433,129与6,586,563号案中，在此完整引入参考。例如，依据第‘563号专利，碳酸钠可以与二硼烷产生反应以产生硼氢化钠2Na2CO3+2B2H6→3NaBH4+NaBO2+2CO2因此，二硼烷与碳酸钠的水溶剂可以是第一前驱试剂与第二前驱试剂以产生硼氢化钠。
更普遍的是，上述第‘563号专利在其他物质中，也揭示一种产生硼氢化物的方法，其包括在温度约为-5℃到20℃之间，在水溶液中的化学式Y2CO3的碳酸盐与二硼烷发生反应以产生硼氢化合物YBH4，其中Y是单价阳离子的一部分。因此，就可知道在硼氢化盐的周围及冷却结构使用的几种可能的前驱试剂的组合。
二硼烷可以储存并作为本发明在聚合物形态中的前驱试剂。在美国专利申请第3,928,293号案中揭示的固态交互链接硫化碳氢硼烷聚合物及其使用作为醛、酮、内酯、氧化物、酯、羧酸、亚硝酸盐与烯烃的还原剂，在此完全引入参考。这些硼烷聚合物，虽然在室温下很稳定，但在压力降低或加热情况下可释放出硼烷(BH3)，并且公开了作为一种储存硼烷的便利方法。美国专利案号第3,609,191号和第4,410,665号公开了其它可作为前驱试剂以产生硼烷的聚合物，在此完整引入参考。
这些硼烷聚合物的混合物比二硼烷的反应性低，但在增加温度或反应时间的情况下，会进入与二硼烷本质上相同的反应，由于它们是水溶性的，当与水性的碳酸钠混合时，依据下列化学方程式会产生硼氢化内(-[CH2-S-CH2]-·BH3)4+2Na2CO3(水性)→3NaBH4+NaBO2+2CO2+(-[CH2-S-CH2]-)4如前所示，磁化碳氢聚合物会配合硼烷与水性碳酸钠起反应，以产生硼氢化钠，因此，例如在‘293号专利中所述的聚合物，当与碳酸钠先后被储存作为两个燃料前驱试剂时，非常适合于储存并且适用在本发明的燃料补给器。
另一种方法是，可经硼烷还原的其它前驱物可与这些聚合物合并使用。在另外一个具体实施例中，例如，任何其它硼氢化物，例如硼氢化铵、硼氢化钙或其它，通过适用各种相关碳酸盐以产生取代硼氢化钠作为互补的前驱试剂。
其它已知的先前技术中前驱物的组合以形成硼氢化合物的技术也可以用于本发明中。
实施例2-甲醇燃料混合物的原位生产根据本发明另外一方面，允许甲醇的原位形成。甲醇可使用在许多类型的燃料电池，例如直接甲醇燃料电池、酶燃料电池、重组燃料电池等。如上所述，直接甲醇电池按照下列的化学方程式产生反应CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O为了产生甲醇，适用二碳酸二甲酯(dimethyl dicarbonate)与水作为前驱试剂。又名为焦碳酸二甲酯的二碳酸二甲酯(“DMDC”)已由拜耳公司以VELCORIN商标在市场上销售。二碳酸二甲酯在水性环境中分解非常快速，DMDC在美国专利6,563,207以及5,866,182中，以及美国专利申请案2002/0012737号案中，都揭示了作为一种冷杀菌剂使用，在此完整引入参考。
当在环境温度下与水产生反应时，二碳酸二甲酯会分解成甲醇及二氧化碳。因此，DMDC(CH3OCO)2O)依据下列的化学方程式的环境分解产生甲醇(CH3OCO)2O+H2O→2CH3OH+2CO2因为这过程在室温下发生，因此甲醇的产生可被适用于室温下运作的电子装置的不同燃料补给器。此外，与甲醇不同的是，二碳酸二甲酯比较不具有腐蚀性。例如，由于它比甲醇不具腐蚀性，所以对包围材料，例如密封垫、O型环与整体包装材料不具有伤害性，特别是当它在作为一种燃料的前驱物以供燃料电池使用前的长期储存阶段。因此，二碳酸二甲酯非常适合作为以使用甲醇和水作为燃料的燃料电池的化学前驱试剂。例如，当结合过量摩尔的水时，二碳酸二甲酯会产生甲醇及二氧化碳(其可被排出或依需要用来对燃料盒加压)，而留下剩余的水来与甲醇起反应，以作为整个燃料电池反应的一部分，例如直接甲醇燃料电池。另外一种方法是，其它可形成甲醇的前驱物，也可以用在本发明中。
另外，甲醇的原位生产可使用任何燃料补给器来完成，包括但不限于上述的具体实施例。
其它可被储存在燃料补给器作为前驱试剂的燃料电池燃料实施例，包括但不限于硼烷氨和联氨，这些燃料可被重组成氢气。硼烷氨在100℃及以上的温度可被重组，而联氨在室温下可被重组，但本身需要100℃及以上的温度才发生反应，他们可使用在发电机和其它自动化应用设备。
硼烷氨反应如下，以形成氢气NH3BH3+H2O+热→NH2BH2(固态)+H2这项反应已经完整地揭示在Ali T-Raissi发表的氢气、燃料电池与基础技术的FY2002发展报告《使用氨和硼烷氨混合物产生氢气以供燃料电池应用的分析》，可参考网址http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/33098_sec5.pdf，以及Tina Walten在2003年9月30日出版的The Alchemist的“可携式氢气发电机》，可参考网址http://www.chemweb.com/alchem/articles/1063811899357.html，这些参考资此完整引入参考。硼烷氨可从下列反应产生2NH3(水性)+B2H6(水性)→2NH3BH3(水性)因此，氨与二硼烷是前驱试剂，可在水中反应以形成硼烷氨燃料。如实施例所讨论，在‘293中披露的数种含有硼烷的聚合物，可取代二硼烷。
联氨可溶于水并分解以形成氢气如下N2H4H2O+H2O→2H2+N2+2H2O联氨可从在高温下的甲基乙基吖嗪(methylethylazine)水解产生，如下所述(CH3C2H5CN)2+3H2O+热→N2H4H2O+2CH3C2H5CO甲基乙基吖嗪(Methylethylazine)是由过氧化氢、氨和丁酮(MEK)在室温下形成，反应如下H2O2+2NH3+2CH3C2H5CO→(CH3C2H5CN)2+4H2O
因此，过氧化氢、氨和丁酮可储存为前驱试剂以形成联氨，上述产生的联氨的反应已揭示在美国专利6,517,798案中，在此完整引入参考。
所有上述实施例都具有各种受本发明涵盖的变形实例。
虽然本发明所披露的具体实施例显然可以完全实现本发明的目的，但是熟知本领域技术的人可以知道提出更多的修改方案与其它具体实施例。另外，来自任何具体实施例的特征和/或元件均可以单独使用或与其它具体实施例结合使用。因此，应当理解的是，附随的权利要求的范围意图涵盖本发明的精神与范畴内所有类似的修改与具体实施例。
权利要求
1.一种能够在原位生产燃料的燃料电池的燃料补给器，包括容纳有第一前驱试剂的第一隔间；以及容纳由第二前驱试剂的第二隔间；其中第一隔间与第二隔间容纳的内部物质混合以产生供燃料电池使用的燃料。
2.根据权利要求1所述的装置，其中第一隔间围绕着第二隔间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中第一隔间与第二隔间是并列的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中第一隔间与第二隔间是上下隔间。
5.根据权利要求1所述的装置，其中第二隔间包括一个可打破或者可刺穿的部件。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括用于容纳第二前驱试剂、第一前驱试剂、第三前驱试剂或催化剂的第三隔间。
7.根据权利要求1所述的装置，其中上述燃料包括甲醇。
8.根据权利要求7所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括二碳酸二甲酯。
9.根据权利要求7所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括水。
10.根据权利要求1所述的装置，其中上述燃料包括硼氢化物。
11.根据权利要求10所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括含有硼烷的聚合物。
12.根据权利要求10所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括碳酸盐。
13.根据权利要求1所述的装置，其中上述燃料包括硼烷氨。
14.根据权利要求13所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括硼烷的聚合物。
15.根据权利要求13所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括氨。
16.根据权利要求1所述的装置，其中上述燃料包括联氨。
17.根据权利要求16所述的装置，其中上述第一前驱试剂包括吖嗪、过氧化氢或氨。
18.根据权利要求1所述的装置，其中上述燃料补给器可连接到一个燃料电池系统上。
19.根据权利要求1所述的装置，其中第二隔间是可拆卸的。
20.根据权利要求19所述的装置，其中第二隔间包括一个容易毁坏的部分。
21.根据权利要求20所述的装置，其中上述容易毁坏的部分的厚度比第二隔间小。
22.一种产生供燃料电池使用的燃料的方法，包括提供容纳第一前驱试剂与第二前驱试剂的燃料补给器，其中该第一前驱试剂保持与第二前驱试剂分离；使第一前驱试剂第二前驱试剂进行接触以产生反应从而形成燃料。
23.根据权利要求22所述的方法，其中在上述两种前驱试剂在燃料补给器的内部产生反应。
24.根据权利要求22所述的方法，其中在上述两种前驱试剂在燃料补给器的外部产生反应。
25.根据权利要求22所述的方法，其中在上述两种前驱试剂在环境温度下产生反应。
26.根据权利要求22所述的方法，其中第一前驱试剂是二碳酸二甲酯，而第二前驱物是水，且该试剂会产生反应以形成甲醇。
27.根据权利要求22所述的方法，其中第一前驱试剂是碳酸盐，而第二前驱试剂是硼烷或二硼烷，而且试剂会产生反应以形成硼氢化物。
28.根据权利要求27所述的方法，其中上述碳酸是碳酸钠，上述燃料是硼氢化钠。
29.根据权利要求27所述的方法，其中硼烷被储存作为硼烷聚合物。
30.根据权利要求22所述的方法，其中上述第一前驱试剂是氨，而第二前驱试剂则是硼烷或二硼烷，而且试剂产生反应以形成硼烷氨。
31.根据权利要求30所述的方法，其中的硼烷被储存作为硼烷聚合物。
32.根据权利要求22所述的方法，其中上述第一前驱试剂是甲基乙基吖嗪，而第二前驱试剂是水，而上述试剂会在升高的温度下反应以形成联氨。
33.根据权利要求32所述的方法，其中上述第一前驱试剂甲基乙基吖嗪是由过氧化氢、氨和丁酮所形成，而且其中过氧化氢、氨和丁酮可储存为前驱试剂。
34.一种燃料电池燃料系统，包括具有容纳第一前驱试剂的第一隔间的燃料补给器；及容纳第二前驱试剂的第二隔间；其中第一隔间与第二隔间内容纳的物质相互混合以产生供燃料电池使用的燃料。
35.根据权利要求34所述的系统，其中上述第二隔间是燃料补给器的一部分。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池燃料补给器，其具有一个或多个隔间以储存并容纳燃料电池燃料的前驱试剂。这些燃料补给器允许前驱物的储存及包装，以备燃料电池燃料的原位生产及使用。本发明同时披露一种制造燃料电池燃料的方法及一种燃料电池系统。
文档编号B65D6/00GK1981403SQ200580016812
公开日2007年6月13日 申请日期2005年5月3日 优先权日2004年5月26日
发明者保罗·亚当斯, 安德鲁·J·库瑞罗, 佛洛伊德·菲尔班克斯 申请人:法商Bic公司