專利名稱：直接液體燃料電池及防止直接液體燃料電池中燃料分解的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用氫化物燃料(hydride fuel)的直接 液體燃料電池(DLFC)，還涉及特別防止或至少基本上減少當(dāng) DLFC在無負(fù)荷或僅低負(fù)荷下時由燃料電池陽極處氫化物燃料 的分解導(dǎo)致的氫氣的產(chǎn)生。
在燃料電池處于無負(fù)荷或僅低負(fù)荷狀態(tài)期間，燃料電池陽 極處的氳化物燃料分解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。因此本發(fā)明還提供一種 用產(chǎn)生的氫氣在陽極和液體燃料之間設(shè)置隔離層的方法。這樣， 可基本上防止燃料接觸陽極，從而至少在相當(dāng)程度上防止了燃 料的分解。
可完成該目的的一個方法是通過與陽極面對燃料室的表面
接近或接觸地布置特殊膜。最初產(chǎn)生的氫氣在膜和陽極之間累
積，并將液體燃料從陽極與膜之間的空間推出或壓出。這使得 液體燃料與陽極分離。
背景技術(shù)：
DLFC最常用的液體燃料是甲醇。該直接甲醇燃料電池 (DMFC )的主要缺點是曱醇的毒性和室溫下非常差的放電特 性。結(jié)果，DMFC通常不用于便攜式電子產(chǎn)品等。
基于(金屬)氫化物和硼氫化物化合物如硼氫化鈉的燃料 具有非常高的化學(xué)和電化學(xué)活性。因此，使用該燃料的DLFC 即使在室溫下也具有非常好的放電特性(電流密度、比能等)。
例如，燃料電池陽極表面上的硼氫化物燃料的電鍍氧化依 據(jù)下式進(jìn)行
5//4一 + 8(9/r =卿+ 6//2(9 + 8e— ( 1 )與氫化物和硼氫化物燃料有關(guān)的主要問題是陽極表面(的 活化層)上的燃料的自發(fā)分解，該分解伴隨著通常以微型氣泡
如尺寸從約0.01至約2mm的氣泡形式的氫氣的產(chǎn)生。該過程在 DLFC的開路狀態(tài)和待用(低電流)狀態(tài)尤其顯著。
硼氪化物化合物的分解依據(jù)下式進(jìn)行
朋4- + 2//20 —卵；+ 4//2個 (2 )
DLFC陽極處氫化物和硼氫化物的分解導(dǎo)致若干技術(shù)問 題，特別是，能量損失、陽極活化層的破壞和安全性能的降低。 結(jié)果，需要開發(fā)當(dāng)DLFC在無負(fù)荷或無顯著負(fù)荷下時基本上防 止燃料分解的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種使用趨于在陽極表面上進(jìn)行分解并在分解
陰極；陽極；電解液室，其布置在陰極和陽極之間；燃料室， 其布置在陽極的與面對電解液室側(cè)相反的一側(cè)；和至少一層膜， 其布置在陽極的面對燃料室的一側(cè)。至少一層膜被構(gòu)造和布置 為允許由于燃料分解而形成在陽極的面對燃料室的表面上或附 近的氣體鄰近陽極地累積，至少累積到所累積的氣體基本上防 止當(dāng)液體燃料存在于燃料室中時陽極和液體燃料之間直接接觸 的程度。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的一個方面，燃料可包括金屬氫化 物和/或硼氬化物化合物和/或氣體可包括氫氣。
另一方面，至少一層膜可包括單層材料和/或至少一層膜可 包括親水性材料。親水性材料可包括金屬和/或金屬合金。作為 非限制實例，親水性材料可包括不銹鋼。
另一方面，至少一層膜可包括疏水性材料，例如，有機(jī)聚合物如聚烯烴(例如，乙烯和丙烯的均聚物和共聚物)、聚酰胺 和聚丙烯腈。
另一方面，至少一層膜可包括無紡材料、復(fù)合材料、層疊 材料、復(fù)合/層疊材料、泡沫材料、多孔紙材料、織物材料、碳 材料(例如石墨)、燒結(jié)金屬材料、陶瓷材料和聚合物材料中的 一種或多種。
在本發(fā)明的燃料電池的另 一方面中，至少一層膜可包括泡 沫和/或篩，例如，不銹鋼微孔篩。例如，微孔篩可包括具有尺
寸高達(dá)約0.5mm,例如從約0.06iim至約0.05mm的尺寸的篩 眼。再又一方面，至少一層膜(篩)可具有從約0.01mm至約 5mm的厚度，例如，/人約0.03mm至約3mm,或/人約0.05mm 至約0.3mm。
再另 一方面，至少一層膜可包括聚合物篩和/或多孔聚合物 層。例如，聚合物篩或多孔聚合物層具有從約0.0 2 m m至約2 m m 的厚度和/或從約O.Olmm至約O.lmm的篩目艮尺寸或從約 O.Oliim至約O.lmm的孔尺寸。
在本發(fā)明的燃料電池的另 一方面中，至少一層膜可與陽極 的面對燃料室的表面接觸。例如，至少一層膜可被連接和/或粘 接至陽極的表面(如滾軋到陽極上)。
另一方面，燃料電池還可包括布置在至少一層膜和陽極之 間自由空間和/或間隔結(jié)構(gòu)。作為非限制實例，間隔結(jié)構(gòu)可包括 其內(nèi)具有自由空間的間隔材料。
一方面，間隔結(jié)構(gòu)可包括具有高達(dá)約3mm和/或至少約 O.lmm的厚度的間隔材料層。例如，間隔材料層具有從約 0.5mm至約1.5mm的厚度。
另一方面，間隔材料可包括疏水性材料(如與包含親水性 材料的膜相結(jié)合)例如聚合物材料。作為非限制實例，疏水性材料可包括烯烴均聚物(如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯)、烯 烴共聚物、ABS、聚甲基丙烯酸曱酯、聚氯乙烯和聚砜中的一 種或多種。
再另一方面，間隔材料可包括網(wǎng)例如籬狀網(wǎng)。例如，網(wǎng)包
括從約lmm至約50mm的開口 。
又另 一方面，代替其內(nèi)具有自由空間的間隔材料或在該間 隔材料之外，間隔結(jié)構(gòu)可包括布置在陽極的面對燃料室的表面 上的框架密封件?？蚣苊芊饧ㄊ杷圆牧希缇酆衔?， 例如氟化高聚物(如聚四氟乙烯)。此外，框架密封件優(yōu)選具有 高達(dá)約0.lmm的厚度，例如，,人約0.02mm至約0.05mm的厚度。
尤其在至少一層膜與陽極表面不連接或接觸的情況下，本 發(fā)明的燃料電池還可包括壓力釋放裝置，該壓力釋放裝置布置 成允許氣體從陽極和至少一層膜之間的空間逸出。 一方面，壓 力釋放裝置可被布置成允許氣體進(jìn)入燃料室。另一方面，壓力 釋放裝置可包括小直徑管道
在本發(fā)明的燃料電池的另 一方面中，至少一層膜和間隔結(jié) 構(gòu)一起可形成整體結(jié)構(gòu)。
又另 一方面，燃料電池可至少包括與陽極相鄰的第一膜和 在第 一膜的面對燃料室 一側(cè)上的第二膜，至少第 一膜被構(gòu)造和 布置成允許形成在陽極的面對燃料室的表面上或附近的氣體鄰 近陽極地累積，至少累積到所累積的氣體基本上防止陽極和液 體燃料之間直接接觸的程度。
另一方面，第二膜可被構(gòu)造和布置成從液體燃料中過濾固 體和/或保護(hù)第一膜。另 一方面，第一膜和第二膜形成整體結(jié)構(gòu)。
又另 一方面，第二膜可包括與第一膜不同的材料和/或可具 有與第一膜不同的厚度和/或可具有與第 一膜不同的孔尺寸或 篩眼尺寸。再另 一方面，第二膜可包括與第一膜基本上相同的材料和/ 或可具有與第 一膜基本上相同的厚度和/或可具有與第一膜基 本上相同的孔尺寸或篩眼尺寸。
除存在至少兩層膜外，燃料電池可與上述具有(至少)一 層膜的燃料電池相同。例如，至少第一膜可包括聚合物篩或多
孔聚合物層，該聚合物篩或多孔聚合物層具有在約0.02mm和 2mm之間的厚度以及從約0.01mm至約0.1mm的篩眼尺寸或從 約0.01iim至約0.1mm的孔尺寸，或者至少第 一膜包括具有從約 0.01mm至約5mm的厚度的不銹鋼篩。此外，第一膜可被粘接 至陽極的面對燃料室的表面和/或與表面接觸。此外，燃料電池 還包括布置在第一膜和陽極之間的自由空間和/或間隔結(jié)構(gòu)。間 隔結(jié)構(gòu)可與上述間隔結(jié)構(gòu)相同，包括其各種方面。
在本發(fā)明的燃料電池的另 一方面中，陽極可被固定在燃料 電池(箱體)內(nèi)和/或與燃料電池(箱體)密封接合。
在本發(fā)明的燃料電池的另 一方面中，燃料室可包括鄰近至 少一層膜的至少第一部分和通過一條或多條液體通道連接至第 一部分的至少一個第二部分。例如，燃料室的至少一個第二部 分可包括(可選置換)液體燃料盒體。
另 一方面，本發(fā)明的燃料電池可包括容納至少陽極的箱體，
燃料室的至少一部分布置在箱體外部，并且箱體通過一條或多
條液體通道連接至布置在箱體外部的燃料室的至少一部分上。
布置在箱體外部的燃料室的至少一部分可包括(可選置換)盒
體。例如，在該情況下，至少一層膜可布置在以下至少一個處
(a)箱體的使來自至少燃料室布置在箱體外部的一部分的液
體燃料可進(jìn)入箱體的一個或多個位置處或附近、(b)至少燃料
室布置在箱體外部的一部分的使液體燃料可離開至少燃料室布 置在箱體外部的一部分的一個或多個位置處或附近、以及(c)一條或多條液體通道內(nèi)的一個或多個位置處。
本發(fā)明進(jìn)而提供一種減少或基本上防止當(dāng)燃料電池處于基 本上無負(fù)荷狀態(tài)時直接液體燃料電池中的燃料在燃料電池的陽 極處分解的方法，其中，燃料分解產(chǎn)生氣體。該方法包括使初 始燃料分解所產(chǎn)生的氣體形成限制或基本上防止燃料和陽極之 間進(jìn)一步接觸的阻擋層。
一方面，阻擋層可包括基本上橫跨陽極的面對燃料電池的
燃料室的整個表面的基本連續(xù)氣體層。
另 一方面，氣體可包括氫氣和/或燃料可包括氬化物化合物 和硼氬化物化合物中的至少一種，例如，溶解和/或懸浮在液態(tài) 載體中的i威金屬(例如鈉)硼氫化物。
該方法的又另一方面，在燃料電池被置于基本上無負(fù)荷狀
態(tài)之后不超過約5分鐘內(nèi)，例如，不超過約3分鐘，燃料分解基
本上停止。
再另一方面，方法可限制或基本上防止初始燃料分解所產(chǎn) 生的氣體從陽極流走的能力。例如，限制或基本上防止。這可 以通過被布置在陽極的面對燃料電池的燃料室的 一 側(cè)上的至少
一層月莫來完成。
此外，本發(fā)明還提供一種減少或基本上防止直接液體燃料 電池的陽極處燃料分解的方法，該直接液體燃料電池使用當(dāng)進(jìn)
行分解時產(chǎn)生氣體的燃料。該方法包括在燃料電池的燃料室 和陽極之間布置以下結(jié)構(gòu)中的 一 個或多個至少 一 個多孔結(jié)構(gòu)； 至少一個篩結(jié)構(gòu)；和至少一層膜；以及在燃料的初始分解過程 中在燃料電池中形成氣體，從而氣體限制或基本上防止燃料和 陽極之間的接觸。
陽極。另一方面，其可進(jìn)一步包括形成基本上橫跨陽極的面對燃料電池的燃料室的整個表面的基本連續(xù)氣體層。又另 一 方面， 其可進(jìn)一步包括基本上限制陽極和至少一個多孔結(jié)構(gòu)、至少一 個篩結(jié)構(gòu)和/或至少 一層膜之間的氣體。
在本發(fā)明的另一方面，氣體可包括氫氣。
再另一方面，方法可還包括將燃料電池置于基本上無負(fù)荷 狀態(tài)下以便引起燃料分解。
又另一方面，方法可還包括在不超過約3分鐘內(nèi)基本上停 止初始的燃沖十分解。
另 一方面，方法可還包括提供在陽極和至少一個多孔結(jié)構(gòu)、 至少 一 個篩結(jié)構(gòu)或至少 一層膜之間的空間，空間可被基本上充 滿氣體。
本發(fā)明還提供一種防止或減少上述燃料電池中燃料分解的
方法，包括其各方面。該方法包括用燃料電池產(chǎn)生電能；基本 上防止燃料電池進(jìn)一步產(chǎn)生電能而由此在燃料電池的陽極處導(dǎo) 致伴隨有氣體產(chǎn)生的燃料分解；以及(a)通過至少一層膜， 促進(jìn)在陽極處產(chǎn)生的氣體鄰近陽極地累積，至少累積到累積的 氣體限制或基本上防止陽極和液體燃料之間接觸的程度；或 (b)使得在陽極處產(chǎn)生的氣體鄰近陽極地累積，至少累積到 累積的氣體基本上防止陽極和液體燃料之間接觸的程度；或(c) 允許在陽極處產(chǎn)生的氣體在至少一層膜和陽極之間累積，至少 累積到所累積的氣體基本上防止陽極和液體燃料之間接觸的程 度。
本發(fā)明還提供一種燃料電池，其包含陰極、陽極和布置在 陰極與陽極之間的電解液室。包含燃料室的盒體可^皮連接和/ 或可拆卸地連接至具有陰極、陽極和電解液室的燃料電池殼體 (箱體)。當(dāng)盒體連接至殼體時，燃料室被布置在陽極的與面對 電解液室側(cè)相反的一側(cè)上。至少一層膜(也可和間隔材料)凈皮布置在鄰近陽極的氣體累積空間和燃料室之間。至少一層膜被 構(gòu)造和布置為允許由于燃料分解而形成在陽極的面對燃料室的
表面上或附近的氣體鄰近陽極地累積，至少累積到所累積的氣 體基本上防止陽極和液體燃料之間直接接觸的程度。
通過本7>開和附圖可確定本發(fā)明的其它示例性實施例和優(yōu)點。


在下面的詳細(xì)說明中將參考本發(fā)明示例性實施例的非限制 性實例的多個附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，其中在附圖的多個圖中
相似的附圖標(biāo)記代表相似的部分，且其中
圖l示出現(xiàn)有技術(shù)燃料電池的示意性截面圖2示出根據(jù)本發(fā)明 一 個實施例的燃料電池的截面；
圖3示出圖2的放大部分；
圖4是圖解圖l所示類型的燃料電池中氫氣產(chǎn)率的圖表； 圖5是圖解圖2所示類型的燃料電池中氫氣產(chǎn)率的圖表；
圖6示出籬狀間隔(wattled spacer)材料的一種無界限 (non-limiting)編織圖案的局部視圖7示出籬狀間隔材料的另 一 種無界限編織圖案的局部視
圖8示出根據(jù)本發(fā)明另 一 實施例的燃料電池的截面；
圖9示出根據(jù)本發(fā)明又一 實施例的燃料電池的截面；
圖10示出根據(jù)本發(fā)明再 一 實施例的燃料電池的截面；
圖ll示出根據(jù)本發(fā)明更一 實施例的燃料電池的截面。該實
施例使用包含可連接和/或可拆卸地安裝至燃料電池殼體的燃
料室(或至少其一部分)的盒；
圖12示出圖11所示實施例的放大圖并圖解膜和/或間隔材料如何能具有小的濾篩(screen)式過濾構(gòu)件形狀。該圖還圖 解盒的通道(tube)如何通過O形環(huán)相對于殼體壁中的開口被 密封；和
圖13示出根據(jù)圖11具有與燃料電池的殼體分離和/或不相 連的盒的實施例的燃料電池的截面。
具體實施例方式
這里所示的細(xì)節(jié)是以實例的方式且僅用于本發(fā)明實施例的 例證性論述，并且為了提供被相信是對本發(fā)明的原理和概念方 面最有用和最易于理解的說明而被提出。在這點上，除對本發(fā) 明的基本理解所必需的細(xì)節(jié)外，沒有試圖給出本發(fā)明的更多結(jié) 構(gòu)細(xì)節(jié)，采用附圖的說明使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員易知如何在實 踐中實施本發(fā)明的幾個形式。
如圖1所示，傳統(tǒng)的DLFC使用其內(nèi)包含燃料室2和電解液 室5的箱體或容器體1。箱體l典型地由例如塑料材料形成。燃 料室2包含例如氫化物或硼氫化物燃料形式的液體燃料。電解 液室5包含例如石威金屬氬氧化物水溶液形式的液態(tài)電解液。陽 極3布置在箱體1內(nèi)并分隔兩室2和5。陽極3通常由能透過氣態(tài) 和液態(tài)物質(zhì)的多孔材料組成。陰極4也布置在箱體1中，并和陽 極3 —起定義電解液室5。液體燃料的氧化作用在陽極3處發(fā)生。 在陰極4處，物質(zhì)(典型為環(huán)境空氣中的氧氣)減少。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的至少一個非限制實施例，DLFC 與圖l所示的燃料電池的不同之處至少在于，其額外包括布置 在箱體l內(nèi)的框架密封件6、特殊膜8、間隔材料9和可選的、具 有例如毛細(xì)針形狀的壓力排氣裝置7。
在根據(jù)本發(fā)明的DLFC中，所產(chǎn)生的氣體，通常為氫氣且 通常以尺寸從約0.0lmm至約2mm的微氣泡形式，累積在陽極3的表面和特殊膜8之間的空間內(nèi)。氣泡通常會聚結(jié)和/或聯(lián)合以
形成基本填充陽極3和特殊膜8之間所有體積的氣體層。這反過 來導(dǎo)致液體燃料與陽極3分離。特殊膜8基本上防止了液體燃料 和陽極3的任何進(jìn) 一 步接觸。陽極3和膜8之間的空間通常會為 約0.1mm至約3.0mm厚，優(yōu)選具有約0.5mm至約1.5mm的厚 度，最優(yōu)選約0.5mm的厚度。
任何超出陽極3和特殊膜8之間的空間體積的額外氣體漏 出或排出并通過可選毛細(xì)針7進(jìn)入燃料室2。當(dāng)陽極3和特殊膜8 之間體積中的壓強(qiáng)等于燃料室2中的壓強(qiáng)時，該排出過程基本 自動停止。
框架密封件6繞陽極3的周邊延伸并被布置在陽極3和特殊 膜8之間。框架密封件6優(yōu)選具有薄(無孔)膜形式并被用于防 止燃料從陽極周邊的邊界或外緣區(qū)域中漏出。框架密封件6的 材料通常(至少在其面對燃料室的表面上)為疏水的，其可由 例如聚四氟乙烯等材料形成，盡管其它的疏水材料如聚乙烯和 聚丙烯等烯烴聚合物也可用于此用途。通常，框架密封件6由 氟化高聚物如氟化或全氟化聚烯烴制成或至少包含氟化高聚物 如氟化或全氟化聚烯烴。應(yīng)當(dāng)注意的是，框架密封件6也可由 非疏水性材料制成，但是其表面上通過例如涂覆疏水材料或其 它給予疏水性的工序而具有疏水性。優(yōu)選地，框架密封件6具 有不超過約O.lmm的厚度。通常其會具有至少約0.02mm的厚 度。對于用于本發(fā)明的框架密封件6，尤其優(yōu)選約0.05mm的厚 度?？蚣苊芊饧?可以多種方式安裝在陽極3上，例如，使用壓 力和/或使用粘接劑。安裝框架密封件6的優(yōu)選方式包括夾物模 壓(insert molding)?？蚣苊芊饧?也可一皮通過例如摩擦焊才妾 將陽極3的周邊框架固定和/或密封連接至陽極3來代替 (replace )。間隔材料9布置在陽極3和特殊膜8之間。間隔材料9也延伸 至箱體l的周邊內(nèi)，并且在周邊區(qū)域中，間隔材料9也布置在框 架密封件6和特殊膜8之間。間隔材料9的用途是在特殊膜8和陽 極3表面之間制造間距。該間距形成氣體層空間或體積。當(dāng)氣 體產(chǎn)生時，其在該空間內(nèi)累積并填充該空間。間隔材料9允許 氣體基本自由地流過陽極3的表面，且其可為網(wǎng)狀例如籬狀網(wǎng) 材料形式。間隔材料9必須能經(jīng)受住液體燃料成分的化學(xué)侵蝕 且通常為疏水性的，至少在其外表面上是疏水性的。換句話說， 間隔材料9也可以是在其其它表面上通過任意合適的處理例如 涂覆疏水性材料而成為疏水性的親水性材料。本發(fā)明所用的間 隔材料優(yōu)選包括有機(jī)聚合物例如烯烴均聚物和烯烴共聚物。其 具體實例包括也可用于框架密封件6的材料，如乙烯和丙烯的 均聚物和共聚物、聚四氟乙烯等。間隔材料9也可由其它材料 如ABS、聚曱基丙烯酸曱酯、聚氯乙烯、聚砜和類似的有機(jī)聚 合物制成。間隔材料9通常具有不大于約5mm的厚度，優(yōu)選不 大于約3mm,更普遍地不大于約1.5mm的厚度。間隔材料9通 常具有至少約0.1mm的厚度，優(yōu)選至少約0.5mm。在本發(fā)明的 優(yōu)選實施例中，間隔材沖十9具有約0.5mm的厚度。當(dāng)然，在以 下將說明的其它實施例中，間隔材料9也可免去(其功能由其 它結(jié)構(gòu)和/或特殊膜8自身完成)。如上所述，框架密封件6也可 免去。
如上所述，特殊膜8將在陽極表面形成的氣體層與燃料室2 中的液體燃料分離。特殊膜8由可經(jīng)受住液體燃料成分的化學(xué) 侵蝕的材料制成，且不會催化燃料或其組分的分解至任何可覺 察的程度。該材料可以是親水性的或疏水性的。親水性材料也 可以是在其外表面上通過任意合適的處理例如涂覆、表面處理 (如氧化)等而獲得親水性的疏水性材料。優(yōu)選合適的用于特殊膜8的親水性材料的非限制實例包括金屬或合金。尤其優(yōu)選 的材料包括抗腐蝕金屬(如鎳)和抗腐蝕合金如鋼，尤其是， 不銹鋼等。
優(yōu)選合適的用于特殊膜8的疏水性材料的非限制實例包括 有機(jī)聚合物，例如聚烯烴(如乙烯或丙烯的均聚物和共聚物)、 聚酰胺和聚丙烯腈。親水性或疏水性材料優(yōu)選以泡沫、篩狀等 形式存在。
通過非限制實例，特殊膜8可包括或至少包括如不銹鋼微
孑L篩(micromesh )的金屬篩(metal mesh )。 篩目艮(cell of the mesh)可具有例如直到約0.5mm的尺寸，例如直到約0.1mm 或直到約0.06mm 。 優(yōu)選的篩眼尺寸為/人約0.05!im至約 0.06mm,尤其優(yōu)選約0.05mm的尺寸。金屬篩優(yōu)選具有從約 0.01mm至約5mm的厚度，例如/人約0.03mm至約3mm。
特殊膜8的其它非限制實例包括聚合物篩或多孔聚合物 層。優(yōu)選地，聚合物篩或多孔聚合物層具有從約0.02mm至約 2mm的厚度。優(yōu)選地，其篩眼尺寸或孔尺寸分別為從約0.01mm 至約0.1mm和,人約0.01pm至約0.1mm。
膜8也可包括其它親水性和/或疏水性材料，如親水材料與 疏水材料的復(fù)合物和/或?qū)盈B以及親水材料與疏水材料的組合。 膜8也可包括例如無紡材料、泡沫材料(聚合的或金屬的)和 其它多孔材料如多孔紙、織物、碳(例如石墨形式)、燒結(jié)金屬 和陶瓷材料。
毛細(xì)針7被緊固至特殊膜8并且可布置在其上的方便位置 例如中央位置(并且優(yōu)選基本垂直于膜8 )。如上所述，針7的 用途是平衡氣體層和燃料室2中的液體燃料之間的壓強(qiáng)。通常 平衡壓強(qiáng)范圍為從約latm至約1.5atm (絕對)。針7由可經(jīng)受 住液體燃料成分化學(xué)侵蝕的材料制成且不會催化燃料的分解至任何可覺察的程度。該材料通常從適合用于制造特殊膜8的材 料中選擇，但是也可由其它材料如聚合物材料制成。聚合物材 料的非限制實例包括聚烯烴例如聚四氟乙烯和聚丙烯。優(yōu)選地， 針7為不銹鋼針。雖然針7的合適長度可在較寬范圍(部分取決
于間隔9、膜8的尺寸等)變化，針7常常具有直到約2cm甚至更 長的長度。針7的內(nèi)徑通常不超過約2mm,優(yōu)選不超過約lmm, 或不超過約0.5mm。針7可通過任何合適的方法，例如通過熱 粘接、焊接和機(jī)械連接(后者為優(yōu)選方法)連接至膜8。當(dāng)然， 在下述其它實施例的情況中，針7對本發(fā)明的燃料電池的操作 不是必需的，也可免去。
圖8示出本發(fā)明的燃料電池的另 一 非限制實施例，其不同 于圖l所示的燃料電池之處至少在于其額外包括布置在箱體l 內(nèi)的具有框架的陽極3、特殊膜8a、可選第二膜8b和可選間隔 材料9。該實施例不需要框架密封件6，也不包括毛細(xì)針7。陽 極3的周邊框架可通過例如摩擦焊接固定至陽極3。裝置3、 4、 9、 8a和8b的材料和厚度與圖2所示實施例的上述對應(yīng)裝置相 同。膜8a和8b可以是如上所述的相同材料、類型和/或厚度，或 者可在這些方面中的任一或更多方面不同。
圖9示出本發(fā)明的燃料電池的又 一 非限制實施例，其不同 于圖l所示的燃料電池之處至少在于其額外包括布置在箱體1 內(nèi)的陽極3、特殊膜8a、可選第二膜8b、可選間隔材料9和可選 框架密封件6。該實施例也不包括毛細(xì)針7。裝置3、 4、 6、 9、 8a和8b的材料和厚度與圖2所示實施例的上述對應(yīng)裝置相同。 膜8a和8b可以是如上所述的相同材料、類型和/或厚度，或者可 在這些方面中的任一或更多方面不同。
圖IO示出本發(fā)明的燃料電池的再一非限制實施例，其不同 于圖l所示的燃料電池之處至少在于其額外包括布置在箱體1內(nèi)的陽極3、特殊膜8a和可選第二膜8b。該實施例不需要間隔 材料9和框架密封件6，也不包括毛細(xì)針7。裝置3、 4、 8a和8b 的材料和厚度與圖2所示實施例的上述對應(yīng)裝置相同。膜8a和 8b可以是如上所述的相同材料、類型和/或厚度，或者可在這些 方面中的任一或更多方面不同。在該實施例中，膜8a優(yōu)選與陽 極3接觸。作為非限制實例，膜8a可被滾軋或連接或結(jié)合至陽 極3的表面。在該情況下，膜8a中的空隙和/或自由空間提供可 由所產(chǎn)生的氣體占據(jù)的空的空間，從而形成基本上防止燃料接 觸陽極的阻擋層。
尤其地，在使用多于一個特殊膜8a例如膜8a和8b的實施例 中，第一膜8a可根據(jù)空間和/或間隔材料以上述方式起作用，而 第二膜8b可用作不同的用途，例如為了保護(hù)第一膜8a和/或基本 上防止其堵塞，從燃料室2中的燃料中過濾固體等。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，本發(fā)明燃料電池的各種組件中， 不是每一個都必須作為單一組件存在，而且也不必完全布置在 單個箱體內(nèi)。作為非限制實例，燃料室2可包括與至少一層膜8 相鄰(例如，與膜8b相鄰)的部分和布置在燃料電池殼體或箱 體外并通過一條或多條液體通道連接至箱體的部分或更多其它 部分(例如， 一個或多個盒體)。燃料室如果有布置在箱體內(nèi)的 部分，其體積相對于布置在箱體外的那一部分或更多部分的體 積較小(例如，不大于后者體積的約20% ,例如不大于約10%, 不大于約5%，或不大于約2% )。此外，燃料室2可基本上完全 布置在箱體的外部，并可通過一條或多條液體通道(例如，以 小直徑管道等的形式)連接至箱體。作為非限制實例，燃料室 可以是連接至箱體的(可選可置換)盒體形式。將盒體連接至 箱體的方法的實例開在例如待處理美國專利申請 No. 10/824，443和10/849,503中，其全部內(nèi)容通過引用包含于此。
在該情況下，至少一層膜8可被包括在箱體中(例如，在 液體燃料可進(jìn)入箱體的一點或多點處或附近)、和/或可被包4舌 在燃料室2(例如盒體)中(例如，在液體燃料可離開燃料室2
的一點或多點處或附近)、和/或可被布置在箱體和燃料室2之間 的某處(例如，在連接燃料室2和箱體的一條或多條液體通道 內(nèi))。當(dāng)然，在該情況下，關(guān)于燃料室的各種組件的細(xì)節(jié)也可與 前述相同。例如，該至少一層膜8可包括至少第一膜8a和第二 膜8b。
圖ll- 13示出燃料電池1的一個非限制實施例，其具有陰 極4、陽極3、布置在陰極4和陽才及3之間的電解液室5。具有燃 料室2的盒體CA被連接和/或可拆卸地連接至具有陰極4、陽極3 和電解液室5的燃料電池殼體。當(dāng)盒體CA連接至殼體時(圖11 ), 燃料室2被布置在陽極3的與面對電解液室5側(cè)相對的 一 側(cè)上。 至少 一層膜8布置在與陽極3相鄰的氣體累積空間和燃料室2之 間。作為非限制實例，該空間的寬度可為大約lmm,但是也可 頗為更大或更小。該至少一層膜8被構(gòu)造并布置為允許在陽極3 的面對燃料室2的表面上或附近處由燃料分解而形成的氣體鄰 近陽極3地累積，至少到氣體基本上防止陽極3和燃料室2中的 液體燃料之間直接接觸的程度。如圖12所示，膜8(其也可包 括間隔材料9的附加層)可具有固定至殼體壁的內(nèi)表面的小濾 篩式過濾構(gòu)件的形式。當(dāng)然，過濾構(gòu)件也可布置在管道的相反 端上，從而可被布置在盒體CA中而不超出本發(fā)明的范圍。此外， 過濾構(gòu)件也可布置在管道的兩側(cè)。更進(jìn)一步，管道的內(nèi)部可包 括膜/間隔材料，其具有足夠長度的巻煙過濾器的形式。如圖13 所示，盒體CA的管道(其數(shù)量和尺寸可根據(jù)需要變化并可類似 于所述管道7)通過一個或多個O形環(huán)相對于殼體壁中的開口密封。當(dāng)然，在提供管道和殼壁開口之間的密封中也可采用任意 數(shù)量的密封技術(shù)或方法。另外，預(yù)想到管道也可連接至燃料電
池殼體，而開口布置在盒體CA的壁中。圖13示出盒體CA從燃
料電池l的殼體分離和/或不連接。盡管未示出，可使用閥停止
和/或調(diào)節(jié)來自和去向盒體CA和燃料電池1的殼體的流動。
作為非限制說明，當(dāng)燃料電池處于或被置于無負(fù)荷或基本
如，氬氣)，從而推動液體燃料遠(yuǎn)離陽極3并防止燃料進(jìn)一步接 觸陽極3，這反過來終止了氣體的產(chǎn)生。當(dāng)燃料電池之后被置 于負(fù)荷下(閉合電路)時，氣體通過陽極表面上的氧化作用被 消耗從而產(chǎn)生真空吸回液體燃料并與陽極3的表面直^^姿接觸， 在陽極3其被氧化以產(chǎn)生電能。當(dāng)電路再次斷開時(無負(fù)荷)， 起初通過液體燃料的分解而產(chǎn)生氣體，并從頭開始上述過程。 實例1
采用具有下列參數(shù)的圖l所示類型的傳統(tǒng)DLFC進(jìn)行試驗 陽極和陰極的面積=各45cm2 ( 62mm x 73mm ); 電解液室的厚度或?qū)挾?4mm; 電解液室的電解液伴、積=18cm3; 燃料室的厚度或?qū)挾?20mm;和 燃料室的燃料體積=90cm3。
DLFC填充硼氫化物燃料并在下列條件下進(jìn)行試驗 總試驗時間=20小時； 無負(fù)荷狀態(tài)=開^^各。
在該試^r中，最大氣體產(chǎn)率為15cm3/min。如圖4所示，氬 氣產(chǎn)量在約6 0分鐘后開始下降，但是在整個試驗的2 0小時中繼 續(xù)。 實例2采用具有下列參數(shù)的圖2所示類型的根據(jù)本發(fā)明的DLFC 進(jìn)行試驗
陽才及和陰才及的面積=各45cm2 ( 62mmx 73mm ); 電解液室的厚度或?qū)挾?4mm; 電解液室的電解液體積=18cm3; 燃料室的厚度或?qū)挾?20mm;和 燃料室的燃料體積=90cm3;
薄膜特氟隆(Teflon)框架密封件的厚度=50pm; 不銹鋼毛細(xì)針長度=7mm,內(nèi)徑=320iim; 不銹鋼微孔篩特殊膜篩眼=53pm;
聚丙烯籬狀網(wǎng)(net)狀間隔材料網(wǎng)孔2mm x 3mm且厚度= lmm。
D L F C被填充硼氫化物燃料并在下列條件下進(jìn)行試驗 總試驗時間=20小時； 無負(fù)荷狀態(tài)=開路。
在該試-險中，直到陽極3和特殊膜8之間空間-陂填充的時間 是45秒。如圖5所示，氫氣的產(chǎn)生在約45秒后開始減少，并在 約3分鐘后停止，即，燃料分解在約3分鐘后停止。
應(yīng)當(dāng)注意的是，上述DLFC各元件的示例性和優(yōu)選的尺寸 尤其地應(yīng)用于便攜設(shè)備的燃料電池，例如，應(yīng)用于具有合適于 便攜設(shè)備(如膝上電腦、蜂窩電話等)的數(shù)量級的尺寸的燃料 電池。在這些實例中給出了相應(yīng)參數(shù)的例子。對于那些比適于 便攜設(shè)備的燃料電池頗為更小或更大的燃料電池，此處給出的 優(yōu)選尺寸可能不總是在最大可能程度上提供理想的結(jié)果。然而， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠輕易地確定燃料電池的任意給定大小的 最合適的尺寸。
這里，"親水性，，材料是指對水具有親和力的材料。該術(shù)語包括可被浸濕、具有大的表面張力值以及具有與水形成氬鍵趨 勢的材料。其也包括具有高的水蒸汽滲透率的材料。
這里，"疏水性"材料是指排斥水的材料。該術(shù)語包括允許 氣體從中穿過但基本上防止水和類似的質(zhì)子和/或極性液體從 中流過的材料。
應(yīng)當(dāng)注意的是，提供上述實例僅僅為了說明的目的，并非 用于限定本發(fā)明。雖然已參考示例性實施例說明了本發(fā)明，但 應(yīng)該理解，所使用的詞語為說明性和例證性詞語，而不是限定 性詞語。在各方面不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可在 所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。盡管本發(fā)明的說明參考了 特殊的裝置、材料和實施例，但是本發(fā)明不意在限于此處所公 開的特例。相反，本發(fā)明延伸至所有功能等同的結(jié)構(gòu)、方法和 用途，這些都在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
本申請是2004年9月15日提交的美國專利申請 No.l0/941，020的部分繼續(xù)申請，其全部內(nèi)容通過引用包含于 此。
權(quán)利要求
1. 一種直接液體燃料電池，其使用趨于分解產(chǎn)生氣體的液體燃料，所述燃料電池包括陰極；陽極；電解液室，其布置在所述陰極和所述陽極之間；燃料室，其布置在所述陽極的與面對所述電解液室側(cè)相反的一側(cè)；和至少一層膜，其布置在所述陽極的面對所述燃料室的一側(cè)，其中，所述至少一層膜被構(gòu)造和布置為允許在所述陽極的面對所述燃料室的表面上或附近形成的氣體鄰近所述陽極地累積，至少累積到所累積的氣體基本上防止所述陽極和來自所述燃料室的液體燃料之間直接接觸的程度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池，其特征在于，所述氣 體包括氫氣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于，所述 燃料包括金屬氬化物化合物和金屬硼氫化物化合物中的一種或 多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的燃料電池，其特征 在于，所述至少一層膜包括單層材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料電池，其特征 在于，所述至少一層膜包括親水性材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述親 水性材料包括金屬和金屬合金中的 一 種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池，其特征在于，所述親 水性材料包括不銹鋼。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的燃料電池，其特征 在于，所述至少一層膜包括疏水性材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述疏 水性材料包括有機(jī)聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述疏水性材料包括聚烯烴、聚酰胺和聚丙烯腈中的一種或多種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的燃料電池，其特征在于，所述至少一層膜包括無紡材料、復(fù)合材料、層疊材料、 復(fù)合/層疊材料、泡沫材料、多孔紙材料、織物材料、碳/石墨 材料、燒結(jié)金屬材料、陶瓷材料和聚合物材料中的一種或多種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l至ll中任一項所述的燃料電池，其特征在于，所述至少一層膜包括篩和泡沫中的一種或多種。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述至少一層膜包括不銹鋼微孔篩。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于，所述 -微孔篩包括具有尺寸高達(dá)約0.5mm的篩眼。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池，其特征在于，所述 篩眼具有從約0.06iim至約0.05mm的尺寸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述篩具有從約0.01 mm至約5mm的厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述至少一層膜包括聚合物篩和多孔聚合物層中的一 種或多種。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池，其特征在于，所述 聚合物篩或多孔聚合物層具有從約0.02mm至約2mm的厚度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的燃料電池，其特征在于， 所述聚合物篩具有從約0.01mm至約0.1mm的篩眼尺寸，所述 多孔聚合物層具有從約0.01nm至約0.1mm的孔尺寸。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的燃料電池，其特征在于，所述至少一層膜與所述陽極的面對所述燃料室的表面 接觸。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池，其特征在于，所述 至少一層膜是連接和粘接至所述陽極的所述表面中的一種或多 種。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料電池還包括布置在所述至少 一層膜和所述陽 極之間的自由空間和間隔結(jié)構(gòu)中的一個或多個。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的燃料電池，其特征在于，所述 燃料電池包括由在其中具有自由空間的間隔材料組成的間隔結(jié) 構(gòu)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃料電池，其特征在于，所述 間隔結(jié)構(gòu)包括具有高達(dá)約3mm厚度的間隔材料層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃料電池，其特征在于，所述 間隔材料層具有至少約0.1mm的厚度。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的燃料電池，其特征在于，所述 間隔材料層具有從約0.5 m m至約1.5 m m的厚度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23至26中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述間隔材料包括疏水性材料。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃料電池，其特征在于，所述 疏水'性材料包括聚合物材料。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃料電池，其特征在于，所述 疏水性材料包括烯烴均聚物、烯烴共聚物、ABS、聚甲基丙烯 酸曱酯、聚氯乙烯和聚砜中的一種或多種。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的燃料電池，其特征在于，所述 疏水性材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和ABS中的一種 或多種。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述至少一層膜包括親水性材料。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23至31中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述間隔結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的燃料電池，其特征在于，所述 網(wǎng)包括籬狀網(wǎng)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的燃料電池，其特征在于， 所述網(wǎng)包4舌/人約lmm至約50mm的開口 。
35. 根據(jù)權(quán)利要求21至34中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料電池包括間隔結(jié)構(gòu)，該間隔結(jié)構(gòu)由布置在所 述陽極的面對所述燃料室的表面上的框架密封件構(gòu)成。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的燃料電池，其特征在于，所述 框架密封件包括疏水'性材料。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的燃料電池，其特征在于，所述 疏水性材料包括聚合物。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的燃料電池，其特征在于，所述 聚合物包括氟化高聚物。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35至38中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述框架密封件具有高達(dá)約0.1mm的厚度。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的燃料電池，其特征在于，所述 框架密封件具有從約0.02mm至約0.05mm的厚度。
41. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃料電池，其特征在于，所述 間隔結(jié)構(gòu)包括其內(nèi)具有自由空間的間隔材料和布置在所述陽極 的面對所述燃料室的表面上的框架密封件。
42. 根據(jù)權(quán)利要求22至41中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料電池還包括壓力釋放裝置，該壓力釋放裝置 布置成允許氣體從所述陽極和所述至少 一層膜之間的空間逃逸出。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的燃料電池，其特征在于，所述 壓力釋放裝置被布置成允許所述氣體逃逸入所述燃料室。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的燃料電池，其特征在于， 所述壓力釋放裝置包括管道。
45. 根據(jù)權(quán)利要求23至44中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述至少一層膜和所述間隔結(jié)構(gòu)形成整體結(jié)構(gòu)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求1至45中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料電池至少包括與所述陽極相鄰的第一膜和在 所述第 一 膜的面對所述燃料室 一 側(cè)上的第二膜，至少所述第一 膜被構(gòu)造和布置成允許在所述陽極的面對所述燃料室的表面上 或附近形成的氣體鄰近所述陽極地累積，至少累積到所累積的 氣體基本上防止所述陽極和所述液體燃料之間直接接觸的程度。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的燃料電池，其特征在于，所述 第二膜被構(gòu)造和布置成從所述液體燃料中過濾固體或保護(hù)所述 第一膜、或者二者兼具。
48. 根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一膜和所述第二膜形成整體結(jié)構(gòu)。
49. 根據(jù)權(quán)利要求46至48中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述第二膜包括與所述第一膜不同的材料、與所述第 一膜不同的厚度、與所述第一膜不同的孔尺寸或篩眼尺寸中的 一種或多種。
50. 根據(jù)權(quán)利要求46至49中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述第二膜包括與所述第一膜基本上相同的材料、與 所述第一膜基本上相同的厚度、與所述第一膜基本上相同的孔 尺寸或篩眼尺寸中的一種或多種。
51. 根據(jù)權(quán)利要求46至50中任一項所述的燃料電池，其特征在于，至少所述第一膜包括聚合物篩或多孔聚合物層，該聚合物篩或多孔聚合物層具有在約0.02mm和2mm之間的厚度以 及從約O.Olmm至約O.lmm的篩眼尺寸或從約O.Olpm至約 O.lmm的孔尺寸。
52. 根據(jù)權(quán)利要求46至51中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，至少所述第 一膜包括具有從約O.Olmm至約5mm的厚 度的不銹鋼篩。
53. 根據(jù)權(quán)利要求46至52中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述第 一膜是粘接至所述陽極的面對所述燃料室的表 面以及與所述表面接觸中的一種或多種。
54. 根據(jù)權(quán)利要求46至52中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料電池還包括布置在所述第 一膜和所述陽極之 間的自由空間和間隔結(jié)構(gòu)中的一種或多種。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的燃料電池，其特征在于，所述 燃料電池包括由在其中具有自由空間的間隔材料組成的間隔結(jié) 構(gòu)。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的燃料電池，其特征在于，所述 間隔材料包括疏水性材料。
57. 根據(jù)權(quán)利要求55或56所述的燃料電池，其特征在于， 所述間隔結(jié)構(gòu)包括籬狀網(wǎng)。
58. 根據(jù)權(quán)利要求55至57中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述間隔結(jié)構(gòu)包括布置在所述陽極的面對所述燃料室 的表面上的框架密封件。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的燃料電池，其特征在于，所述 框架密封件具有從約0.02mm至約0.05mm的厚度。
60. 根據(jù)權(quán)利要求1至59中任一項所述的燃料電池，其特征在于，所述陽極是固定在所述燃料電池箱體內(nèi)和與所述燃料 電池箱體密封接合中的 一種或多種。
61. —種減少或基本上防止當(dāng)燃料電池處于基本上無負(fù)荷 狀態(tài)時直接液體燃料電池中的燃料在燃料電池的陽極處分解的 方法，其中，所述燃料分解產(chǎn)生氣體，所述方法包括使初始燃 料分解所產(chǎn)生的氣體形成限制或基本上防止所述燃料和所述陽 極之間進(jìn)一步接觸的阻擋層。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于，所述阻擋 層包括基本上橫跨所述陽極的面對所述燃料電池的燃料室的整 個表面的基本連續(xù)氣體層。
63. 根據(jù)權(quán)利要求61或62所述的方法，其特征在于，所述 氣體包括氫氣。
64. 根據(jù)權(quán)利要求61至63中任一項所述的方法，其特征在 于，所述燃料包括氬化物化合物和硼氫化物化合物中的一種或 多種。
65. 根據(jù)權(quán)利要求61至64中任一項所述的方法，其特征在 于，所述燃料包括堿金屬硼氫化物，該堿金屬硼氫化物是溶解 和懸浮在液態(tài)載體中的 一 種或多種。
66. 根據(jù)權(quán)利要求61至65中任一項所述的方法，其特征在 于，在所述燃料電池被置于基本上無負(fù)荷狀態(tài)之后不超過約5 分鐘內(nèi)，所述燃料分解基本上停止。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于，所述燃料 分解在不超過約3分鐘內(nèi)基本上停止。
68. 根據(jù)權(quán)利要求61至67中任一項所述的方法，其特征在 于，所述方法包括限制或基本上防止所述初始燃料分解所產(chǎn)生 的氣體從所述陽極流走的能力。
69. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述氣體從所述陽極流走的能力被布置在所述陽極的面對所述燃料電池 的燃料室的 一側(cè)上的至少 一層膜限制或基本上防止。
70. —種減少或基本上防止直接液體燃料電池的陽極處燃 料分解的方法，該直接液體燃料電池使用當(dāng)進(jìn)行所述分解時產(chǎn)生氣體的燃料，其中，所述方法包括在所述燃料電池的燃料室和所述陽極之間布置以下結(jié)構(gòu)中的一種或多種至少一多孔結(jié)構(gòu)； 至少一篩結(jié)構(gòu)；和 至少一層膜；以及 在所述燃料的初始分解過程中在所述燃料電池中形成氣體，的接觸。
71. 根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，所述形成
72. 根據(jù)權(quán)利要求70或71所述的方法，其特征在于，所述 形成包括形成基本上橫跨所述陽極的面對所述燃料電池的所述 燃料室的整個表面的基本連續(xù)氣體層。
73. 根據(jù)權(quán)利要求70至72中任一項所述的方法，其特征在 于，所述形成包括基本上限制所述陽極和所述至少 一 多孔結(jié)構(gòu)、 所述至少 一 篩結(jié)構(gòu)或所述至少 一層膜之間的所述氣體。
74. 根據(jù)權(quán)利要求70至73中任一項所述的方法，其特征在 于，所述氣體包括氫氣。
75. 根據(jù)權(quán)利要求70至74中任一項所述的方法，其特征在 于，還包括將所述燃料電池置于基本上無負(fù)荷狀態(tài)下以便引起 燃料分解。
76. 根據(jù)權(quán)利要求70至75中任一項所述的方法，其特征在 于，還包括在不超過約3分鐘內(nèi)基本上停止初始燃料分解。
77. 根據(jù)權(quán)利要求70至76中任一項所述的方法，其特征在 于，還包括提供在所述陽極和所述至少一多孔結(jié)構(gòu)、所述至少 一篩結(jié)構(gòu)或所述至少一層膜之間的空間，其中，所述空間可被 基本上充滿所述氣體。
78. —種在根據(jù)權(quán)利要求1至60中任一項所述燃料電池中 防止或減少燃料分解的方法，其中，所述方法包括用所述燃料電池產(chǎn)生電能；基本上防止所述燃料電池進(jìn)一步產(chǎn)生電能而由此在所述燃 料電池的所述陽極處導(dǎo)致伴隨有氣體產(chǎn)生的燃料分解；以及通過所述至少一層膜，促進(jìn)在所述陽極處產(chǎn)生的氣體鄰近 所述陽極地累積，至少累積到所累積的氣體限制或基本上防止 所述陽極和所述液體燃料之間接觸的程度。
79. —種在根據(jù)權(quán)利要求1至60中任一項所述燃料電池中 防止或減少燃料分解的方法，其中，所述方法包括用所述燃料電池產(chǎn)生電能；基本上防止所述燃料電池進(jìn)一步產(chǎn)生電能而由此在所述燃 料電池的所述陽極處導(dǎo)致伴隨有氣體產(chǎn)生的燃料分解；以及至少累積至U所累積的氣體基本上防止所述陽極和所述液體燃料 之間接觸的程度。
80. —種在根據(jù)權(quán)利要求1至60中任一項所述燃料電池中 防止或減少燃料分解的方法，其中，所述方法包括用所述燃料電池產(chǎn)生電能；基本上防止所述燃料電池進(jìn)一步產(chǎn)生電能而由此在所述燃 料電池的所述陽極處導(dǎo)致伴隨有氣體產(chǎn)生的燃料分解；以及述陽極之間累積，至少累積到所累積的氣體基本上防止所述陽 極和所述液體燃料之間接觸的程度。
81. 根據(jù)權(quán)利要求1至60中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料室布置在盒體中，該盒體是連接至所述燃料 電池的殼體和可拆卸地安裝至所述燃料電池的殼體中的至少一 個。
82. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的燃料電池，其特征在于，所述 燃料電池還包括至少 一 個允許液體燃料從所述盒體的所述燃料 室流到所述陽極鄰近區(qū)域的構(gòu)件。
83. 根據(jù)權(quán)利要求1至60中任一項所述的燃料電池，其特 征在于，所述燃料電池包括至少容納所述陽極的箱體，所述燃 料室的至少一部分布置在所述箱體外，并且所述箱體通過一條 或多條液體通道連接至所述燃料室的布置在所述箱體外的所述 至少一部分上。
84. 根據(jù)權(quán)利要求83所述的燃料電池，其特征在于，所述 燃料室的布置在所述箱體外的所述至少一部分包括盒體。
85. 根據(jù)權(quán)利要求83或84所述的燃料電池，其特征在于， 所述至少一層膜布置在以下至少一個位置(a)所述箱體的一 個或多個位置處或附近，來自所述燃料室的布置在所述箱體外 的所述至少一部分的液體燃料可在該一個或多個位置處或附近 進(jìn)入所述箱體；(b)所述燃料室的布置在所述箱體外的所述至 少一部分的一個或多個位置處或附近，液體燃料可在該一個或多個位置處或附近離開所述燃料室的布置在所述箱體外的所述 至少一部分；以及(c)所述一條或多條液體通道內(nèi)的一個或多 個位置處。
全文摘要
一種直接燃料電池(1)，其包括陰極(4)、陽極(3)、燃料室(2)和至少一個布置在陽極(3)與燃料室(2)之間的膜(8)。所述膜(8)被構(gòu)造和布置為可允許在陽極(3)的面對燃料室(2)的表面上或附近形成的氣體鄰近陽極(3)地累積，至少累積到所累積的氣體基本上防止陽極(3)和液體燃料之間直接接觸的程度。還公開了一種防止或減少燃料電池中燃料分解的方法。
文檔編號H01M8/22GK101432922SQ200580031077
公開日2009年5月13日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者亞歷山大·史奈克, 亞歷山大·布盧夫斯坦, 亞歷山大·里特維諾夫, 伊蘭·撒頓, 尤利·卡茨曼, 波里斯·艾予新, 蓋納蒂·芬克爾斯坦, 邁克爾·冷諾, 馬克·埃斯特林 申請人:摩爾能源有限公司