[发明专利]用于燃料盒的阀

说明书

本申请是申请日为2005年10月31日，申请号为200580037893.6，发明名称为“用于燃料盒的阀”的发明专利申请的分案申请。

母案申请是审查未决的，发明名称为“具有连接阀的燃料盒”，申请号为No.10/629,006，申请日为2003年7月29日的部分接续申请。由此，通过引用将上述专利申请公开的内容整体结合入本申请。

技术领域

本发明一般涉及用于为多种燃料电池提供燃料的盒的阀，用于燃料电池的阀和用于燃料补充装置的阀。

背景技术

燃料电池是直接将反应物，也就是燃料和氧化剂的化学能直接转换成直流电(DC)电流的装置。由于申请的增加数量，燃料电池比传统能量产生装置，例如矿物燃料的燃烧更有效率，并且比便携式电源存储，例如锂离子电池更有效率。

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(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PEM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乙醇燃料电池和直接四甲基原碳酸盐燃料电池。

压缩氢气通常在高压下保存，并且因此很难控制。此外，通常需要大存储罐，还不能为消费者电子设备做得充分小。传统的重整燃料电池需要重整装置和其它蒸馏器以及辅助系统来将燃料转化成氢从而与燃料电池中的氧化剂反应。近年的进步使重整装置或重整燃料电池有希望用于消费者电子设备。DMFC是最简单且潜在的最小的燃料电池，而且还具有用于消费者电子设备电源应用的潜力，其中甲醇直接与燃料电池中的氧化剂反应。

用于相对较大应用的DMFC典型地包括：风扇或为阴极提供氧化剂的压缩机，氧化剂典型地为空气或氧气、为阳极提供水/甲醇混合物的泵以及膜电极组件(MEA)。该MEA典型地包括一个阴极，一个PEM和一个阳极。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。每个电极处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+)的迁移穿过质子交换膜从阳极穿过阴极，并且由于自由电子(e-)不能穿过质子交换膜，因此电子必须通过外电路流动，这就产生了通过外电路的电流。外电路可以是任何有用的消费者电子设备，除了别的以外，例如移动或蜂窝电话、计算器、个人数字助理以及便携式计算机和电源工具。直接甲醇燃料电池在美国专利5,992,008和5,945,231中有所描述，通过引用将这些专利申请的整体结合入本申请中。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毫米范围的全氟化磺酸聚合物或其他合适的膜。阳极典型地由特氟龙碳纸制成，支持具有一个诸如铂-钌的催化剂薄层淀积在其上。阴极典型地是气体扩散电极，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)

合适的催化剂除了其它的金属以外包括铂和钌。从重整硼氢化钠产生的氢燃料在燃料电池中与氧化剂，例如氧气，反应以产生电流(或电子流)和水副产品。通过重整过程还产生硼砂(NaBO2)副产品。在专利号为no.4,261,956的美国专利申请中的讨论了硼氢化钠燃料电池，由此通过引用并入本申请。