本发明专利技术公开了直接甲醇燃料电池用燃料混合物。所述燃料包括甲醇和添加剂，所述添加剂与水反应产生甲醇和其他易电解氧化的化合物，所述添加剂包括二甲氧基甲烷、原甲酸三甲酯、原碳酸四甲酯、硼酸三甲酯和原硅酸四甲酯。改进所述燃料电池的安全性和有效性的其他添加剂包括磺化活性炭颗粒和金属氢化物，所述金属氢化物例如ＬｉＡｌＨ↓［４］、ＮａＢＨ↓［４］、ＬｉＢＨ↓［４］、（ＣＨ↓［３］）↓［２］ＮＨＢＨ↓［３］、ＮａＡｌＨ↓［４］、Ｂ↓［２］Ｈ↓［６］、ＮａＣＮＢＨＨ↓［３］、ＣａＨ↓［２］、ＬｉＨ、ＮａＨ、ＫＨ和二（２－甲氧基乙氧基）二氢铝酸钠。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
专利
本专利技术主要涉及直接甲醇燃料电池(DMFC)、使用所述燃料电池发电的方法以及用于直接甲醇燃料电池的包含添加剂的燃料组合物。背景信息燃料电池为其中通过燃料分子和氧的电化学反应来发电的器件。由于甲醇比能高且动电效应较快(由此其可被氧化发电)，因此对于某些应用，甲醇为引起人们注意的候选燃料。在直接氧化燃料电池中，将碳质液体燃料(通常为甲醇或甲醇的水溶液)引入膜电极组(MEA)的阳极表面。本领域的技术人员应理解可向所述甲醇或甲醇/水燃料中加入其他可作为燃料的化合物和混合物，例如乙醇和其他醇和醇前体及其水溶液。DFMC的实例见述于2003年4月15日提交的共同转让的S.N.10/413,986所公开的Vapor Feed Fuel Cell System with Controllable FuelDelivery(具有可控燃料输送的蒸汽加料燃料电池体系)和2003年4月15日提交的S.N.10/413,983所公开的Direct Oxidation Fuel CellOperating with Direct Feed of Concentrated Fuel under Passive WaterManagement(在无源水控制下直接加入浓缩燃料操作的直接氧化燃料电池)，这两篇专利所公开的内容通过引用结合到本文中来。向燃料电池和燃料电池电力装置中加燃料的方法公开于2003年4月15日提交的共同转让的申请S.N.10/607,699所公开的Methods ofProviding Refueling for Fuel Cell Powered Devices(向燃料电池电力装置加燃料的方法)，所述专利所公开的内容通过引用结合到本文中来。甲醇CH3OH(C.A.S.号67-56-1)为透明、无色、易燃的有毒液体或蒸汽，如果吸入、通过皮肤或吞咽吸收可能有害或致命。甲醇的闪点为11℃，在464℃下自燃。甲醇在空气中的浓度为约6-约36％体积时遇火将燃烧。甲醇为3级易燃液体，U.N.号为1230。甲醇的运输受美国运输部门(DOT)和国际民用航空组织(ICAO)的限制。目前禁止客舱运输甲醇并且其属于航空旅行时旅客行李中的应检项目之一。现有的DOT规章认为24％的甲醇水溶液是不危险的，但是ICAO规章未给出任何相关条款。随着在小电子设备件中DMFC使用的增加，包含甲醇的大量燃料电池将在各种环境和情况下暴露于公众中。置于直接甲醇燃料电池阳极室并包含高浓度甲醇溶液或纯甲醇的燃料盒或燃料罐吸收燃料电池电极反应产生的水。在所述罐或盒中将高浓度甲醇溶液或纯甲醇与电池阳极分隔的膜称为甲醇输送膜或薄膜。电池阳极与高浓度甲醇溶液或纯甲醇的水浓度或活性的差异驱动水被吸收通过甲醇输送膜。在燃料盒或燃料槽中吸收水的结果是使其中所含的甲醇被水稀释。甲醇浓度的降低反过来又引起甲醇通过所述膜的输送速率降低，因此降低甲醇至电池阳极的加料速率。因此，在燃料盒的寿命期内燃料电池的功率输出下降。此外，燃料电池的功率需量不恒定，在许多应用中当闭合电路以开启器件时需要一个功率骤增。虽然使用高度选择输送甲醇而非水的膜可最大程度地减少水的吸收，但使用目前市售的材料难以完全消除对水的吸收。因此，我们发现为了改进给定条件下燃料电池体系的效率，最好或需要向燃料中加入某些化合物。便携式电子设备用直接氧化燃料电池体系应在保证所需功率输出下尽可能地小。功率输出取决于燃料电池的阳极和阴极之间的反应速率。更具体地讲，在直接甲醇燃料电池中，基于酸性电解质(包括聚全氟磺酸和类似的聚合物电解质)的阳极法涉及一分子的甲醇与一分子的水反应。在该方法中，根据以下化学方程式，水分子中的氧原子被电化学活化，使甲醇经6电子过程氧化为最终的CO2产物(1)由于水为该阳极法中的反应物，其与甲醇的分子比率为1∶1，因此为了在所述电池中继续该反应，以合适的重量(或体积)比率向阳极加入水和甲醇是至关重要的。实际上，已知在DMFC阳极中水∶甲醇的分子比率必需大大超过过程(1)所示的1∶1的化学计量比率。这种过量的分子比率保证了阳极经6电子氧化过程得到CO2，而不是如以下方程(2)和(3)所述分别经4电子过程和2电子过程部分氧化为甲酸或甲醛(2)(3)不希望发生方程(2)和(3)所述的部分氧化，但在电池的稳定操作状态下，如果阳极的水含量不够则可能发生所述反应。更具体地讲，如涉及甲醇部分氧化的过程(3)所示，在该阳极法中不需要水，因此当阳极中的水含量降至某一水平时，该过程可占优势。过程(3)占优势的结果是，与过程(1)消耗甲醇相比，甲醇能量效率将降低66％，从而导致电池的功率输出较低。此外，还可能产生有害的阳极产物(甲醛)。US 6,554,877公开了一种电化学燃料电池用液体燃料组合物，所述组合物包含用辅助燃料稀释的甲醇水溶液，所述辅助燃料为含氢无机物。US 5,904,740公开了用于燃料电池的燃料，所述燃料包括甲醇和基本不含无机酸的甲酸。US 5,599,638公开了任选包含添加剂的燃料电池用甲醇水溶液。因此，本专利技术的一个目标为提供一种DMFC用浓缩燃料(即甲醇与水的比率至少为1∶1的燃料)和燃料添加剂，所述燃料和燃料添加剂克服了上述困难，延长了使用寿命并增加燃料电池体系的能量密度和功率输出。本专利技术的另一个目标为提供一种燃料，所述燃料包含有机化合物，所述有机化合物与水快速反应产生包括适用于电池燃料的甲醇的烃。在这种情况下，燃料混合物与从燃料电池的阳极面流至燃料混合物的水反应，改进了燃料输送至燃料电池阳极的一致性。这样向所述燃料电池体系输送更一致的燃料混合物，提高了燃料消耗过程电池功率输出的均匀性。此外，由于优选在所述燃料混合物中几乎没有或不含水，因此这些燃料混合物比用于直接氧化燃料电池体系的其他燃料更稳定。本专利技术的另一个目标为改进燃料输送的均匀性，以降低或消除接近燃料供给的可用寿命结束阶段时的低功率输出。本专利技术的再一个优势在于，因甲醇的浓度太低而不能提供向所述电池供给可接受电力的加料速率，因而使用者认为燃料盒已耗尽而对其不恰当处置时，甚至包括燃料盒包含太高浓度的甲醇而不能安全地丢弃时，降低和消除从所述元件中可能释放的甲醇燃料。本专利技术的另一个目标为提供改进DFMC的安全性的方法，所述方法包括向燃料中加入指示剂，当从燃料电池盒中释放甲醇时给人们发出信号。本专利技术的再一个目标为提供改进燃料电池电源组能量的方法，所述方法包括改进从燃料盒至燃料电池体系的燃料输送。专利技术概述本文所述的燃料添加剂组合物和燃料制剂可实现上述目标和其他目标。在本专利技术的一方面，所述燃料为高度浓缩的，优选为无水甲醇溶液。所述燃料的其他组分包括与水快速反应产生甲醇和在燃料电池中快速并易氧化的其他化合物的有机分子。可加至甲醇中的各种分子的实例有二甲氧基甲烷、原甲酸三甲酯、原碳酸四甲酯、硼酸三甲酯和原硅酸四甲酯。本专利技术的另一方面为加入可与水反应释放可作为燃料消耗的氢的含氢无机化合物，例如金属氢化物，例如LiAlH4、NaBH4、LiBH4、(CH3)2NHBH3、NaAlH4、B2H6、NaCNBH3、CaH2、LiH、NaH、KH或二(2-甲氧基乙氧基)二氢铝酸钠(sodium bis(2-methoxyethoxy)di本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直接甲醇燃料电池用燃料，所述燃料包含：甲醇，和有效量的添加剂，所述添加剂与水反应产生易电解氧化的小分子。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：X任，KJ舒丰，FW科瓦克斯，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。