[发明专利]含信息储存装置和控制系统的燃料电池补给器

说明书

本申请是申请号为200480035620.3、申请日为2004年11月24日、发明名称为“含信息储存装置和控制系统的燃料电池补给器”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系统，更具体的说，涉及使用燃料电池及燃料盒的燃料系统，更特定的说，本发明涉及将信息储存装置并入到上述系统中。

背景技术

燃料电池是一种直接将如然料和氧化剂之类的反应物化学能量，转换成直流电（DC)的装置。与传统使用燃烧化石燃料的发电机以及如锂电池类型的携带式储存电源相比更具效率的燃料电池应用，正不断地增加。

通常，燃料电池技术包括各种不同类型的燃料电池，例如碱性燃料电池、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。现今较重要的燃料电池可分为三大类别，即，使用压缩氢气(H₂)做为燃料的电池；使用甲醇(CH₃OH)、硼氢化钠(NaBH₄)、碳氢化和物(例如丁烷)或其它燃料转换成氢气燃料的质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)燃料电池；以及直接使用甲醇(CH₃OH)燃料的质子交换膜燃料电池(称为“直接甲醇燃料电池”或“DMFC”)。压缩氢气一般均维持在高压下保存，因此很难处理。此外，通常需要大型储存槽，且不适用于小型的消费性电子装置上。传统的再填充燃料电池需要转化剂和其它蒸发与辅助系统，将燃料转化成氢气以在燃料电池中与氧化剂相互反应。最近的发展让转化或再填充燃料电池有希望供消费性电子装置使用。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作用，是最简单也可能是最小的燃料电池，并有希望应用在消费性电子装置上。

至于在较大型应用上，直接甲醇燃料电池通常包含一个风扇或压缩机来供应氧化剂(通常是空气或氧气)到阴极上，一个泵供应水/甲醇混合物到阳极和一个薄膜电极组(MEA)上，典型的薄膜电极组包括一阴极、一质子交换膜和一阳极。在操作期间，水/甲醇液体燃料混合物会直接供应到阳极上，而氧化剂则供应到阴极上，在每个电极上会产生电化反应，而直接甲醇燃料电池的整体反应叙述如下：

阳极上的反应：

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极上的反应：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

燃料电池整体反应：

CH₃OH+1.5O₂→CO₂+2H₂O

因为氢离子(H⁺)透过质子交换膜由阳极移动到阴极，以及自由电子(e^-)无法穿透质子交换膜的缘故，所以电子必须流经外部电路因而产生电流。而外部电路可能是任何可用的消费性电子装置，如手记、计算器、掌上电脑(PDA)、笔记本电脑及其它装置等。直接甲醇燃料电池(DMFC)已经在美国专利5,992,008号和第5,945,231中披露，在此完整并入本文参考使用。通常，质子交换膜是由例如杜邦公司的薄膜之类的聚合物制作而成，它是一种高氟化材料，厚度范围大约在0.05毫米到0.5毫米，或是其它适合的薄膜。阳极一般由特氟隆碳纸制作而成并由已含有例如铂-钌等金属沉定的催化剂薄层所支撑。而阴极一般是一种气体扩散电极会将铂金属粒子结合在薄膜的一边。

一个硼氢化钠重组器燃料电池的电池反应如下：

NaBH₄(水成)+2H₂O→(热或催化剂)→4(H₂)+(NaBO₂)(水成)

H₂→2H⁺+2e^-(在阳极)

2(2H⁺+2e^-)+O₂→2H₂O(在阴极)