包括离子过滤器的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料供应和具有离子过滤器和离子测量计的燃料系统。燃料可以由分散的数片聚合物过滤材料制成。聚合物过滤材料基本上与燃料电池中的质子交换膜一样。离子测量计通过测量跨过燃料电池截面的电压或流过同样截面的电流来测量燃料电池中的离子水平。燃料电池中离子水平与电压和电流有关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括离子过滤器的燃料电池系统
本专利技术涉及使用燃料电池和燃料盒的燃料系统，尤其涉及合并入上述系统中的离子过滤器。
技术介绍
燃料电池是一种直接将例如燃料和氧化剂的反应物的化学能量，转换成直流电(DC)的装置。对于不断增多的应用而言，燃料电池较例如燃烧化石燃料的传统发电机构，以及较例如锂离子电池的便携式电源存储更有效率。通常，燃料电池技术包括多种不同的燃料电池，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、固态氧化物燃料电池和酶燃料电池。较重要的燃料电池可以分成三大类别，即：使用压缩氢气作为燃料的燃料电池；使用甲醇(CH3OH)、硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物(烃hydrocarbons)(例如丁烷)或其他燃料重整成氢气燃料的质子交换膜(PEM)燃料电池；以及直接使用甲醇(CH3OH)作为燃料的质子交换膜燃料电池(“直接甲醇燃料电池”或DMFC)。压缩氢气通常要被保持在高压下，因而很难处理。此外，通常需要大容量存储箱而不能作成用于消费电子装置所需的足够小型。传统的重整燃料电池需要重整器以及其它蒸发和辅助系统来将燃料转化成氢气来和氧化剂在燃料电池中发生反应。最近的进步使得重整器或重整燃料电池有希望应用于消费性电子装置。甲醇与氧化剂在燃料电池中直接发生的化学反应DMFC是最简单且有可能最小的燃料电池，也有希望应用于消费性电子装置。在相对大型的应用上，典型的DMFC包括一个风扇或压缩机去供应氧化剂到-->阴极上，通常为空气或氧气，泵供应水/甲醇混合物到阳极和膜电极组(MEA)上。膜电极组件通常包括阴极、质子交换膜和阳极。操作过程中，水/甲醇混合液体燃料直接供应到阳极上，氧化剂供应到阴极上。每个电极上发生电化学反应，直接甲醇燃料电池的整体反应描述如下：阳极上发生的反应：阴极上发生的反应：燃料电池的整体反应：由于氢离子(H+)透过质子交换膜由阳极移动到阴极，并由于自由电子(e-)不能透过质子交换膜，所以电子必须流经外部电路因而产生流经外部电路的电流。外部电路可以是任何有用的消费性电子装置，例如移动或手机、计算机、个人数码助理(personal digital assistants)、笔记本电脑、和其它电源工具。DMFC已在美国专利5992008和5945231中讨论过，并通过参考将其整体并入文本。通常，质子交换膜由例如杜邦公司的Nafion薄膜之类的聚合成制成，它是一种氟磺酸聚合物，厚度范围由大约0.05mm到大约0.50mm，或是其它合适的薄膜。电池的电化学反应发生在膜电极组上，膜电极组通常包括阳极扩散层，阳极扩散层由具有氟聚合物的碳纸，如杜邦公司的Teflon，包含例如铂-钌的催化剂的阳极催化层，以及质子导体，例如Nafion氟磺酸聚合物，而质子交换膜是包含催化剂的阴极催化剂层，如铂及质子导体以及具有氟聚合物碳纸的阴极扩散层。硼氢化钠重整器燃料电池的电池反应如下：合适的催化剂包括除了别的金属之外，还包括铂和钌。在燃料电池中由硼氢-->化钠重整产生的氢气燃料与例如氧气的氧化剂反应以产生电流(或电子流)以及水副产物。在重整过程中同时产生四硼酸钠(NaBO2)副产品。硼氢化钠燃料电池已在美国公开的专利申请号为2003/0082427的专利中有所讨论，并通过参考并入文本。除了质子以外的阳离子会降低质子交换膜的传导性，易被困在质子交换膜中的多价金属离子粒子尤其会破坏薄膜传导性，当传导性充分降低或是困住离子的程度达到临界程度时，质子交换膜应予以更换或翻修。专利文献公开了一些燃料电池的过滤器。例如美国专利号为US6265093B1的专利申请便公开了一种包括位于膜电极组前方的燃料过滤器的直接甲醇供应燃料电池系统。上述过滤器是一种滤网式过滤器，可根据离子大小将离子困住从而将燃料中的碳氢化合物去除，美国专利号为US6630518B1的专利申请公开了一种聚合物薄膜经照射及磺化之后将磺酸基联结到薄膜上。除其他用途外，所述薄膜可用作为在燃料电池中的质子交换膜以及离子交换部件或离子选择性净化系统。因此，需要有降低燃料中金属离子浓度的过滤器以供在燃料电池中使用。
技术实现思路
本专利技术是关于一种离子过滤器，该离子过滤器可以方置在燃料电池流体系统的任何位置上。本专利技术涉及一种过滤器与燃料电池一起使用，燃料电池包括入口、出口和有氟磺酸聚合物制成的媒介，媒介配备在入口和出口之间。流出过滤器的燃料包含的金属离子粒子少于流入过滤器的燃料所包含的金属离子粒子。氟磺酸聚合物媒介基本上与燃料电池膜电极组中的聚合物交换膜相似。过滤器可以连接到燃料供应机构或燃料电池元件上。过滤器也可以具有容纳过滤器媒介的外壳，过滤器媒介可以是碎片状或锭状以增加媒介的表面积。本专利技术进一步涉及燃料电池的燃料供应机构，包括包含具有最初离子量的燃料的外壳，以及由外壳支撑的离子过滤器，过滤器与燃料流体连通，因而流出离子过滤器的燃料具有少于第一离子量的第二离子量。上述离子过滤器基本上与以-->上描述过的离子过滤器相似。本专利技术还涉及适于从燃料电池产生的液体副产品和燃料电池使用的燃料中吸收金属离子的氟磺酸聚合物过滤器媒介。过滤器媒介基本上与燃料电池膜电极组中的聚合物交换膜相似，而且过滤器媒介安置在与燃料电池相关的流体流动路径中，例如，燃料盒、混合室和/或副产品室。附图说明在附图中，为详细说明的一部分供阅读参考，不同的图示中使用相同的数字代表相同的元件：图1是根据本专利技术的燃料电池系统的结构框图，包括燃料盒、离子过滤器、和离子测量计。图2是图1中具有离子过滤器和测量燃料中离子水平的测量计的燃料盒的局部放大截面视图。图3是燃料电池系统另一实施例的局部示意图。具体实施方式如附图所示以及以下具体描述，本专利技术涉及一种燃料供应机构，其储存燃料电池的燃料，如甲醇、水、甲醇/水混合物、各种不同浓度的甲醇/水混合物或纯甲醇。甲醇可应用于各种类型的燃料电池，例如DMFC、酶燃料电池、重整器燃料电池及其它。燃料供应机构可以包含其它类型的燃料电池燃料，例如甲醇、乙醇、可以重整成氢气的化学物质或可以改进燃料电池性能或效率的其它化学物质。燃料还可以包括氢氧化钾(KOH)电解液，氢氧化钾电解液可以用在金属燃料电池或碱性燃料电池中，电解液可以储存在燃料供应机构中。对于金属燃料电池，燃料的存在形式为液态锌粒子(borne zinc)浸入氢氧化钾电解反应溶液中，并且电池腔内的阳极是锌粒子形成的颗粒状阳极。KOH电解溶液披露于美国公开的专利申请号为2003/0077493的专利中。名称是“使用燃料电池系统构成一个或多-->个负载电源的方法”，公开日是2003年4月24日，并通过参考全部并入文本。燃料包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，燃料流经形成在硅晶片上的催化剂从而产生了燃料电池反应。燃料也包括前面讨论过的水状的硼氢化钠(NaBH4)和水。燃料进一步包括碳氢化合物燃料，包括但不仅限于披露于美国公开的申请号为2003/0096150的专利的丁烷、煤油、酒精和天然气，上述美国专利的名称为“关于界面的液体燃料电池装置”，公开日为2003年5月22日，并通过参考全部并入文本。燃料也包括与燃料发生反应的液态的氧化剂。因此，本专利技术不限制任何种类的燃料、电解液、氧化剂或供应机构中包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的过滤器，包括：一个入口，一个出口和一个由氟磺酸聚合物制成的媒介，该媒介置于所述入口和所述出口之间，其中，流出过滤器的燃料所含的金属离子少于进入过滤器的燃料所含的金属离子，其中，氟磺酸聚合物基本上与燃料电池膜电极组中的聚合物交换膜相似。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-12-1 10/725,2351、一种用于燃料电池的过滤器，包括：一个入口，一个出口和一个由氟磺酸聚合物制成的媒介，该媒介置于所述入口和所述出口之间，其中，流出过滤器的燃料所含的金属离子少于进入过滤器的燃料所含的金属离子，其中，氟磺酸聚合物基本上与燃料电池膜电极组中的聚合物交换膜相似。2、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于可与燃料供应机构相连接。3、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于安置在燃料供应机构中。4、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于可与燃料电池相连接。5、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于安置在燃料电池中。6、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于安置在由燃料电池推动的电子装置中。7、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于进一步包括包裹媒介的外壳。8、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于氟磺酸聚合物媒介是碎片状的。9、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于氟磺酸聚合物媒介是锭状的。10、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于氟磺酸聚合物媒介可制成织物网。11、如权利要求10所述的过滤器，其特征在于织物网是非机织织物网。12、如权利要求10所述的过滤器，其特征在于织物网是机织物网。13、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于氟磺酸聚合物媒介被做成粉末状。14、如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁J库瑞罗，佛洛伊德菲尔班克斯，大卫L雷卡特，
申请(专利权)人：法商BIC公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]