燃料盒的制作方法

本发明涉及燃料电池技术并且具体涉及用于向燃料电池提供氢作为燃料的燃料盒。

背景技术

过去几年中，燃料电池在汽车技术以及小规模电力生产中对于许多应用都引起越来越多的兴趣。一种应用是为电子设备提供充电，例如移动电话、膝上型计算机等。

过去几年中，化学氢化物系统已被开发并且已用于多数产品。

在为燃料电池加燃料的吸附式氢储存中，分子氢通过物理吸附或化学吸附与化学燃料相关联。化学氢化物，诸如氢化锂（lih）、氢化铝锂（lialh4）、硼氢化锂（libh4）、氢化钠（nah）、硼氢化钠（nabh4）、以及类似物，用于不可逆地储存氢气。化学氢化物在与水反应时产生大量氢气，如下所示：

nabh4+2h2o→nabo2+4h2。

为了可靠地控制化学氢化物与水的反应以从燃料储存装置中释放氢气，必须使用催化剂连同控制水的ph。此外，化学氢化物通常被实施在惰性稳定液体的浆液中以防止氢化物过早释放其氢气。

在为燃料电池生产氢气的化学反应方法中，通常氢气储存和氢气释放通过化学燃料的温度或压力的适度变化而被催化。由温度催化的该化学系统的一个例子是通过以下反应从氨-硼烷生产氢气：

nh3bh3→nh2bh2+h2→nhbh+h2。

第一反应释放6.1wt.％的氢并在约120℃发生，而第二反应释放另外6.5wt.％的氢并在约160℃发生。这些化学反应方法不使用水作为引发剂来生产氢气，不需要严格控制系统ph，并且通常不需要单独的催化剂材料。然而，这些化学反应方法通常由于热失控的常见现象而受到系统控制问题的困扰。参见例如美国专利7682411：系统被设计为热引发从氨-硼烷的氢气产生并防止热失控。参见例如美国专利7316788和7578992：通过使用催化剂和溶剂改变热氢释放条件的化学反应方法。

另一个更近期的反应系统是使用nasi，如wo2015/143212中所公开。

在共同未决的申请中，本发明人公开了一种新型反应物系统，使用于为燃料电池应用生产氢气的燃料盒中。该新型系统包含水、水溶性第一反应物、和铝粉形式的第二固体反应物。当与第一反应物的水溶液接触时，铝将反应并生产氢气。

与在燃料盒中实施该反应物系统有关，存在应被满足的对盒的某些要求。

技术实现要素：

因此，本发明人发明了一种新型燃料盒，用于基于上述类型的反应物系统提供氢气。

该新型燃料盒在权利要求1中被限定。

因此，用于燃料电池装置的燃料盒包括：用于储存第一反应物的反应器隔室、用于储存水的水隔室。其具有包含水溶性第二反应物的混合隔室（106），和位于混合隔室（106）和反应器隔室（102）之间的流体连通器件（114），其适于将溶解于水中的第二反应物传送至反应器隔室（102），其中溶解的第二反应物可与第一反应物反应以产生气体。

在一个实施例中，燃料盒包括能连接到布置在盒外部的水控制机构的接口，水控制机构被配置为控制水隔室与混合隔室之间的水流，使得水在混合隔室中混合并溶解第二反应物。

在另一实施例中，燃料盒包括在盒内的水控制机构。

此外，适当地提供适于将反应物系统的组分相互混合的器件。

附图说明

图1示意性地显示燃料盒的原理；以及

图2示意性地显示可选实施例。

具体实施方式

众所周知，铝溶解在例如氢氧化钠水溶液中产生氢气h2和形成[al(oh)4]-型铝酸盐，并且总反应可写成如下：

2al(s)+2naoh(aq)+6h2o→2na⁺(aq)+2[al(oh)4]^-+3h2(g)

概要是当在适当条件下暴露于水溶液时，铝溶解并产生氢气。

在所述的共同未决申请中，本发明人通过选择适当形式的铝和适当组成的水溶液优化了反应系统。

具体地，重要的是能够控制氢气产生，无论是在产生速率方面，还是在空间分布方面，从而适合反应物系统将用于其中的应用。已发现，若铝以具有特定微粒大小分布和表面特性的粉末形式提供，则可能得到非常有效的反应物系统。

水溶液的ph应在ph<14的范围内。

因此，反应物系统包括上述铝粉、水和产生碱性溶液的水溶性化合物，特别地，金属氢氧化物如lioh、naoh、koh、ca(oh)2或mg(oh)2是可用的，naoh是优选的。

al粉、水和水溶性化合物在燃料盒中分开的隔室中提供，并且方法包括将水从一个隔室传送至混合隔室，其中存在水溶性化合物，由此水溶性化合物溶解以提供水溶液。水溶液被传送至反应器，其中存在al粉，使得反应发生并产生氢气，并且将氢气通过出口传送至燃料电池装置。

优选地，al粉具有的组成使其在湿润时（即与纯水接触时）不是反应性的。其直到与碱性溶液接触才应反应。大多数商业可得的粉末似乎具有这种特性。然而，优选的是在所述反应物系统中实施之前，测试供以使用的粉末的该特性。

适当的机械器件用于通过适当的通道供给溶液。机械器件可为泵器件、液压/气动系统或类似物。

图1示意性地显示新型燃料盒100的实施例的“底部”部分，即“盖”被取走。

其包括容纳反应材料（优选为al粉）的反应器隔室104，并且其中可引入具有ph在范围12.5至14内的水溶液以与反应材料（al粉）反应以产生氢气。所述反应器隔室104还提供有用于所述水溶液的入口114和用于氢气的出口116。气体h2而后通过连接件117被传送至燃料电池装置fcd。

如上所述，重要的是碱性水溶液以受控的方式（时间上以及空间上）均匀分布在反应器隔室104中，从而实现最有效的氢气生产。

因此，燃料盒包括在所述入口114处设置在反应器隔室104中的多孔亲水构件120（以虚线示出），并且多孔亲水构件120延伸在反应器隔室104的至少一部分，优选在整个内部空间上。适当地，提供有膜与盖部分的内壁相接触，但在图1中其被显示为位于反应器隔室的底部。这只是会提供一个或另一个优选的设计考虑的问题。多孔亲水构件120适于通过毛细力在构件120内传送所述水溶液，以将溶液分布在所述反应器室内部。适当地，多孔构件120是聚乙烯（pe）膜。这种膜可以从nitto以商标名sunmap®获得。

除反应器隔室104之外，燃料盒100包括：水隔室102，其包含水袋103，具有出口通道109；和混合隔室106，其具有入口108。

当盒被使用时，其在一个实施例中将经由接口107（未明确示出）与燃料电池装置fcd协作地接合，所述接口107提供有水控制机构（此处用泵110所示），用于将水从水隔室102经由通道109，通过接口中的通道系统112，经由入口108传输至混合隔室106。

在其它实施例中，水控制机构在盒中集成，其因此形成独立式单元，如下文所述。

在混合隔室106中，水将溶解容纳在其中的水溶性化合物，并且因此提供的溶液经由入口114被传送至反应器隔室104。

为了在水溶解反应物之前没有反应物从混合隔室进入反应器隔室的风险，在入口114中提供有阀机构，当通过将盒插入将被一起使用的燃料电池装置以将盒投入使用时，所述阀机构开启。优选地，这由柱塞（图2中以115;215示意性显示）实现，其将穿透密封件并打开隔室之间的连通。

在反应器隔室中提供有多孔亲水构件120，其在所示实施例中几乎覆盖反应器104底部的整个内壁。适当地，该构件是上述材料的膜。在优选实施例中，所述膜材料的标签覆盖入口114以充当过滤器从而防止水溶性化合物的不需要的未溶解颗粒进入反应器。

在优选实施例中还提供有过滤元件覆盖来自反应器隔室的出口116。

重要的是，当用作燃料电池中的燃料时，氢气是尽可能干燥的。由于其在离开反应器隔室104时总会被水蒸气污染，所以提供有在单独的干燥隔室122中进行的干燥。在该隔室中（氢在通过连接件117离开盒之前通过该隔室），提供有干燥剂，优选地以精细至中等大小粉末的形式，松散地包装使得氢可以通过而不会累积过高压力。这种干燥剂的一个例子是drierite。

反应器隔室内反应物溶液分布的另一方面是确定反应性粉末内的快速分布。已发现，若例如玻璃的小珠子分布在粉末中，则发生更有效的扩散，因此提高性能。

这些玻璃珠优选为球形并且直径适当地为2.5-2.8mm。已在原型中使用的合适珠子可从preciosa获取，并且被设计和预期用于装饰用途，例如，用于项链。

图2中显示独立式燃料盒200的示意图。其具有与图1中的实施例基本相同的总体构造，但此处水控制机构（表示为提供在通道系统219中的泵224）在盒200中集成。泵可被装置fcd（用虚线示意性地示出）中适当的电气连接件bat激活，其中盒在使用中与所述装置fcd耦合。

优选地，水控制机构由不同于泵的其它器件提供，例如，通过提供加压水隔室202，这种加压可通过不同器件获得，例如水袋203内的超压或作用于水袋203上的机械压缩器件。

所有其它部件保持与图1的实施例中相同，但显示为200系列中的附图标记。