[发明专利]具有环境传感阀的燃料盒

说明书

交叉参考相关参考

本申请是同时待批申请号为No.10/958,574的部分延续，申请日为2004年10月5日，其中通过参考全部合并于此申请中。

发明领域

本发明大体涉及燃料供应，例如给各种燃料电池供应燃料的箱。更具体的，本发明涉及具有控制燃料流量的环境传感阀的箱。

背景技术

燃料电池是将反应物，例如燃料和氧化剂，的化学能直接转换成直流电的器件。由于应用的增加，燃料电池较传统能量产生装置更有效率，例如腐物燃料燃烧，且较便携能量存储装置效率更高，例如锂离子电池。通常，燃料电池技术包括多种不同的电池，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、固体氧化物燃料电池和酶燃料电池。今天更重要的燃料电池可以分为三大类，即(i)使用压缩氢气(H₂)作为燃料的燃料电池；(ii)使用甲醇(CH₃OH)、硼氢化钠(NaBH₄)、烃类(例如丁烷)或重整成氢燃料的其它燃料的质子交换膜(PEM)燃料电池；(iii)可以直接消耗非氢燃料的燃料电池或直接氧化燃料电池。最普通的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或DMFC。其它直接氧化燃料电池包括直接甲醇燃料电池和直接四甲基原碳酸盐燃料电池。

压缩氢气通常高压保存，因此很难处理。并且，通常需要大存储罐且为了给消费者存储电能而不能做得很小。传统的重整燃料电池需要重整器和其它蒸馏器以及辅助系统以将燃料转化成氢从而与燃料电池中的氧化剂反应。今年的发展使得重整器或重整燃料电池有希望用于消费电子产品。DMFC是最简单且潜在的最小的燃料电池，而且具有电源应用潜力，其中甲醇直接与燃料电池中的氧化剂反应，

用于相对大的应用的DMFC通常包括：为阴极提供氧化剂(通常是空气或氧气)的风扇或压缩机、为阳极提供水/甲醇混合物的泵以及膜电极组(MEA)。膜电极组通常包括阴极、质子交换膜和阳极。在操作期间，水/甲醇液态燃料混合物直接供应给阳极，而氧化剂供应给阴极。每个电极的电化学反应和直接甲醇燃料电池的全部反应如下描述：

阳极的半反应：

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极的半反应

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

电池的全部燃料反应：

CH₃OH+1.5O₂→CO₂+2H₂O

由于氢离子(H⁺)从阳极穿过质子交换膜迁移到阴极以及自由电子(e^-)不能穿过质子交换膜，因此电子必须通过外电路流动，这就产生了外电路电流。外电路可以是任何可用的用户电子设备，例如移动电话、计算器、个人数字助理、便携式计算机以及电动器具等。直接甲醇燃料电池在美国专利5,992,008和5,945,231中都有详述，在此作为参考。通常质子交换膜由聚合物制成，例如由杜邦提供的Nafion，其具有厚度大约0.05毫米到大约0.50毫米的全氟磺酸聚合物。阳极一般由有催化剂薄层，例如沉积在其上的铂-钌，的特氟龙碳纸做基底制成。阴极一般是气体扩散电极，其中铂粒子粘接在膜的一边。

如上所述，由于其它燃料电池的燃料重整成氢气，而氢气与燃料电池中的氧化剂反应以产生电。上述重整燃料包括多种燃料，包括甲醇和硼氢化钠。硼氢化钠重整器燃料电池的电池反应如下：

NaBH₄+2H₂O→(加热或催化剂)→4(H₂)+(NaBO₂)

H₂→2H⁺+2e^-(在阳极)

2(2H⁺+2e^-)+O₂→2H₂O(在阴极)

合适的催化剂包括例如铂和钌。重整硼氢化钠产生的氢气在燃料电池中与氧化剂(例如氧气)反应以产生电(或电子流)和水副产品。重整过程中还产生硼酸钠(NaBO₂)副产品。在专利号为4,261,956的美国专利申请中记载了硼氢化钠燃料电池，在此通过参考并入。