[发明专利]具有浮力催化剂载体的气体发生器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及气体发生器，特别涉及具有悬浮于发生器内的催化剂载体的氢气发生器。气体发生器被被动地控制，即当内部压力达到某一水平时，其自动停止产生气体，反之亦然。

背景技术

燃料电池是直接将反应物即燃料和氧化剂的化学能转化为直流(DC)电的设备。对于日益增多的应用而言，燃料电池比常规发电例如化石燃料燃烧以及便携式能量存储如锂离子电池更有效。特别是，燃料电池的用途之一就是作为便携式或移动式消费电子设备如手机、智能手机、个人数码助理、个人游戏设备、全球定位设备、充电电池、平板电脑、便携电脑等的移动电源。

已知的燃料电池包括碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、融熔碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。燃料电池通常运行于氢气(H2)燃料，它们也可以消耗非纯氢气燃料。非纯氢燃料电池包括直接氧化燃料电池，如利用甲醇的直接甲醇燃料电池(DMFC)，或在高温下利用碳氢化合物的固体氧化物燃料电池(SOFC)。氢气燃料可以以压缩形式存储或者存储于可被改造或转化成氢气燃料和副产物的化合物如醇或碳氢化合物或其他含氢材料中。氢也可以储存于化学氢化物如硼氢化钠(NaBH4)中，硼氢化钠与水或醇反应产生氢和副产物。氢还可以在第一压力和温度下吸附或吸收于金属氢化物如镧镍五(LaNi5)中，并在第二压力和温度下释放于燃料电池。还可以通过金属氢化物如氢化镁(MgH2)的热分解反应释放氢。

大多数低温氢燃料电池具有质子交换膜或聚合物电解质膜(PEM)，其允许氢的质子穿过，但是促使电子穿过外电路，外电路可以有利地是智能手机、个人数码助理(PDA)、计算机、电动工具或利用电子流或电流的任何设备。燃料电池反应可以按如下表示：

在燃料电池阳极处的半反应：

H₂→2H⁺+2e^-；

在燃料电池阴极处的半反应：

2(2H⁺+2e^-)+O₂→2H₂O。

PEM通常由充当电解质的质子交换聚合物如可从DuPont获得的或其他合适的膜制成，是全氟磺酸类聚合物。阳极通常由上面沉积了一薄层催化剂如铂钉的特氟龙碳纸支持体(carbon paper support)制成。阴极通常是气体扩散电极，其中铂粒子结合于膜的一侧。

专利文献和科技文献几乎没有公开当到达预定压力时自动将催化剂与反应物分开的气体发生系统或氢气发生系统。然而，需要进行另外设计。

发明内容

本发明涉及气体发生系统，当到达预定压力时，所述气体发生系统自动将催化剂体系与反应物分开，并且当压力降低至低于预定压力时，自动使催化剂体系与反应物化学接触。

本发明涉及气体发生装置，其包括：

壳体，含有在催化剂存在的情况下反应产生气体的液体反应物，其中催化剂包含于置于壳体内的载体中，并且其中载体的整体密度低于液体反应物的整体密度，

至少一个载体运动限制构件，适合选择性控制载体的位置，以及

至少一个可压缩的本体，含有一定体积的气体，

其中，在第一种构型中，气体发生器的内部压力低于可压缩本体的内部压力，并且可压缩本体的体积增加，在第二种构型中，气体发生器的内部压力高于可压缩本体的内部压力，且可压缩本体的体积降低，以及

其中至少一个载体限制构件限制载体在第一种构型中的运动。

载体运动限制构件可以包括至少一个允许液体反应物流过并至少部分封闭载体的多孔封闭构件(porous containment member)。在第一种构型中，至少一个多孔封闭构件防止载体漂浮于液体反应物的上部。在一些实施方案中，至少一个载体限制构件相对于气体发生器的壳体可以是附着的。

或者，载体运动限制构件可包括至少一个在一端连接于载体且在另一端连接于气体发生器的壳体的柔性绳或带。

或者，载体运动限制构件可包括至少一个在一端连接于载体且在另一端枢转连接于发生器的壳体的实质上非柔性的杆。

在一些实施方案中，至少一个多孔封闭构件相对于气体发生器的壳体是可移动的。在一个实例中，至少一个多孔封闭构件可连接于可压缩本体。在第一种构型中，至少一个多孔封闭构件移动而将载体浸入液体反应物中。

催化剂载体可包括至少一个浮力构件(buoyant member)和/或至少一个压载(ballast)。