[发明专利]具有弹性内衬的燃料盒

说明书

本申请是申请号为200480021749.9、申请日为2004年7月26日、发明名称为“具有弹性内衬的燃料盒”的PCT国际发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的燃料盒，特别是，涉及一种可一次性使用及重复填充的燃料盒。本发明也涉及与多壁式燃料盒及与具有弹性内衬的燃料盒。

背景技术

燃料电池是将反应物的化学能量，例如燃料及氧化剂直接转化为直流电流(DC)的装置。燃料电池比传统产生电力方式，例如燃烧矿物燃料更有效率，也比可携式电力储存装置，例如锂离子电池更耐用，因此它的应用不断增加。

通常，燃料电池技术包括了各种不同的燃料电池，比如碱性燃料电池、高分子膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池及酵素燃料电池等。现今较为重要的燃料电池大致可区分为三种范畴，也就是使用压缩氢(H₂)做为燃料的燃料电池、使用甲醇(CH₃OH)转化为氢当做燃料的质子交换膜(Proton Exchange Membrane；PEM)燃料电池、硼氢化钠(NaBH₄)、碳氢化合物(例如丁烷)或其它转化为氢燃料的燃料，以及直接使用甲醇(CH₃OH)的质子交换膜燃料电池(“直接甲醇燃料电池”或DMFC)。压缩氢通常必须在高压之下保存，因此处理困难。此外，它通常需要大型的贮存罐，因此无法制作成消费性电子装置所适用的大小。传统转化燃料电池需要转化槽及其它蒸发及辅助系统，以便将燃料转化为氢气，与燃料电池内的氧化物进行反应。最近的发展让转化槽及转化燃料电池较能为消费性电子装置所接受。在直接甲醇燃料电池中，甲醇会在燃料电池中直接与氧化物进行反应，是最简单也可能是最小型的燃料电池，但是也具有相当可观的电力应用可供消费性电子装置使用。

直接甲醇燃料电池应用在相对较大的设备上时，通常是以风扇或压缩机供应氧化剂(通常是空气或氧气)给阴极，一个供应水/甲醇混合物给阳极的泵，及一个膜电极组(Membrane Elect rode As sembly；MEA)。膜电极组通常包括了一个阴极、一个质子交换膜及一个阳极。在操作时，会直接对阳极供应水/甲醇燃料混合液，而对阴极则供应氧化剂。直接甲醇燃料电池每个电极的化学电气反应以及整体的反应如下所示：

阳极的反应：

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极的反应：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

整体燃料电池反应：

CH₃OH+1.5O₂→CO₂+2H₂O

因为氢离子(H⁺)会透过质子交换膜从阳极移到阴极，而且因为自由电子(e^-)无法穿透质子交换膜，所以电子必须透过外部电路流动，因此产生了外部电路的电流。外部电路可以是任何实用的消费性电子装置，像是移动电话、计算器、掌上电脑及笔记本电脑等等。直接甲醇燃料电池在美国专利第5,992,008及5,945,231号案中有所描述，已完整并入本文中以供参考。一般来说，质子交换膜是以聚合物，像是美国杜邦(DuPont)公司的所制造的，它是一种厚度约在0.05毫米到0.50毫米之间的全氟化材质，或其它适合的薄膜。阳极通常由含有像是铂钌的催化剂涂层的特氟隆化的碳纸所制成，并置于其上。阴极通常是一个气体挥发的电极，铂分子会在此粘合在薄膜的一侧。

硼氢化钠转化燃料电池的电池反应如下所示：

NaBH₄(液态)+H₂O→(热或催化剂)→(H₂)+(NaBO₂)(液态)

H₂→2H⁺+2e^-(在阳极)

2(2H⁺+2e^-)+O₂→2H₂O(在阴极)