Cartuchos de combustible para pilas de combustible y procedimientos para su realización.

Suministro (10) de combustible, que contiene combustible para su uso por una pila de combustible,

quecomprende:

Una envoltura exterior que envuelve un compartimiento (14) de combustible, que contiene el combustible,un compartimento (16) del reactivo, y una cámara de reacción (22);

caracterizado porque el combustible se transporta a la cámara de reacción (22) y reacciona para formarreactivos que comprenden gas de hidrógeno y reactivo líquido, y posteriormente los reactivos setransportan al compartimento (16) de reactivo; y porque el compartimento (16) del reactivo comprende unamembrana permeable a los gases e impermeable a los líquidos, y retiene el reactivo líquido; y porque el gasde hidrógeno pasa desde el compartimiento (16) de reactivo a través de la membrana (32), hasta unespacio (34) incluido dentro de la envoltura exterior y después de la pila de combustible.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2004/032672.

Solicitante: SOCIETE BIC.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 14, RUE JEANNE D'ASNIÉRES 92611 CLICHY CEDEX FRANCIA.

Inventor/es: ADAMS, PAUL, DOUCET, MICHEL, FRIGIERE, RENE, CURELLO, ANDREW, J., FAIRBANKS,FLOYD, LEFEBVRE,Guy, LEFEBVRE,Yann.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01J4/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › Dispositivos de alimentación; Dispositivos de control de alimentación o evacuación (dispositivos de alimentación o de evacuación para autoclave B01J 3/02).
  • B01J4/04 B01J […] › B01J 4/00 Dispositivos de alimentación; Dispositivos de control de alimentación o evacuación (dispositivos de alimentación o de evacuación para autoclave B01J 3/02). › usando la presión osmótica.
  • C01B3/06 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 3/00 Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen; Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a partir de materias carbonosas sólidas C10J). › por reacción de compuestos inorgánicos que tienen un hidrógeno enlazado electropositivamente, p. ej. de agua, ácidos, bases, amoniaco, con agentes reductores inorgánicos (por electrólisis del agua C25B 1/04).
  • H01M8/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › Pilas de combustible; Su fabricación.
  • H01M8/04 H01M […] › H01M 8/00 Pilas de combustible; Su fabricación. › Disposiciones o procesos auxiliares, p. ej. para controlar la presión, para la circulación de fluidos.
  • H01M8/06 H01M 8/00 […] › Combinación de pilas de combustible con medios para la producción de reactivos o para el tratamiento de residuos (pilas de combustible regenerativas H01M 8/18).

PDF original: ES-2383505_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Cartuchos de combustible para pilas de combustible y procedimientos para su realización.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a cartuchos de combustible que suministran combustible a diferentes pilas de combustible, y a los componentes del cartucho.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las pilas de combustible son dispositivos que convierten directamente la energía química de reactivos, es decir, combustible y oxidante, en electricidad de corriente continua (CC) . Para un número cada vez mayor de aplicaciones, las pilas de combustible son más eficientes que la generación clásica de energía, tal como la combustión de combustible fósil, y más eficientes que el almacenamiento de energía portátil, tal como baterías de iones de litio.

En general, las tecnologías de pilas de combustible incluyen una variedad de diferentes pilas, tales como pilas de combustible alcalino, pilas de combustible de electrólitos de polímeros, pilas de combustible de ácido fosfórico, pilas de combustible de carbonato fundido, pilas de combustible de óxido sólido y pilas de combustible de enzimas. Las pilas de combustible más importantes actualmente pueden dividirse en tres categorías generales, a saber, pilas que utilizan como combustible hidrógeno comprimido (H2) , pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (MIP) que utilizan metanol (CH3OH) , borohidruro de sodio (NaBH4) , hidrocarburos (tal como el butano) u otros combustibles reformados en combustible de hidrógeno, y pilas de combustible de MIP que utilizan combustible de metanol (CH3OH) directamente ("pilas de combustible de metanol directo" o PCMD) . El hidrógeno comprimido se mantiene por lo general a una presión elevada y, en consecuencia, es difícil de manipular. Además, normalmente se requieren depósitos de almacenamiento de gran tamaño, y no pueden hacerse lo suficientemente pequeños para dispositivos electrónicos de consumo. Las pilas clásicas de combustible reformado requieren reformadores y otros sistemas auxiliares y de vaporización para convertir los combustibles en hidrógeno, a fin de reaccionar con el oxidante en la pila de combustible. Los recientes avances hacen que las pilas de combustible reformado o reformato sean prometedoras para los dispositivos electrónicos de consumo. Cuando se hace reaccionar el metanol directamente con el oxidante en la pila de combustible, la PCMD es la pila de combustible más sencilla y potencialmente pequeña, y tiene también una prometedora aplicación de energía para los dispositivos electrónicos de consumo ordinario.

04 La PCMD para aplicaciones relativamente grandes comprende normalmente un ventilador o compresor para suministrar un oxidante, normalmente aire u oxígeno, al electrodo del cátodo, una bomba para suministrar una mezcla de agua y metanol al electrodo del cátodo y un conjunto de membrana y electrodo (CME) . El CME normalmente incluye un cátodo, una MIP y un ánodo. Durante el funcionamiento, la mezcla líquida de combustible de agua y metanol se suministra directamente al ánodo, y el oxidante se suministra al cátodo. La reacción electroquímica en cada electrodo y reacción completa de la pila de combustible se describen del modo siguiente:

Reacción en el ánodo:

CH3OH + H2O 2 + 6H+ + 6e-

Reacción en el cátodo:

O2 + 4H+ + 4e- 2 H2O

Reacción completa de la pila de combustible CH3OH + 1, 5 O2 2 + 2 H2O

Debido a la migración de los iones de hidrógeno (H+) del ánodo al cátodo, a través de la MIP, y debido a la incapacidad de los electrones libres (e-) para pasar a través de la MIP, los electrones deben fluir por un circuito externo, lo que produce una corriente eléctrica a través del circuito externo. El circuito externo podría ser cualquier dispositivo electrónico útil para el consumo, por ejemplo teléfonos móviles, calculadoras, asistentes personales digitales, ordenadores portátiles y herramientas eléctricas, entre otros. La PCMD se describe en las patentes de los EE.UU. números 5.992.008 y 5.945.231, que se incorporan a la presente en su totalidad mediante esta referencia. En general, la MIP está realizada con un polímero, por ejemplo Nafion®, de DuPont, que es un material perfluorado que tiene un espesor en el rango de aproximadamente 0, 05 mm a unos 0, 50 mm, u otras membranas adecuadas. El ánodo está realizado normalmente con un soporte de papel carbón teflonizado, con una fina capa de catalizador, tal como platino-rutenio, depositada sobre el mismo. El cátodo es normalmente un electrodo de difusión de gases en el cual se fijan las partículas de platino, en un lado de la membrana.

La reacción de una pila de combustible reformadora de borohidruro de sodio es la siguiente:

NaBH4 (acuoso) + 2H2O (calor o catalizador) 4 (H2) + (NaBO2) (acuoso) H2 2H+ + 2e- (en el ánodo)

2 (2H+ + 2e-) + O2 2H2O (en el cátodo)

Los catalizadores adecuados incluyen platino y rutenio, entre otros metales. El combustible de hidrógeno producto de la reformación del borohidruro de sodio reacciona en la pila de combustible con un oxidante, por ejemplo O2, para crear electricidad (o un flujo de electrones) y agua como subproducto. En el proceso de reformado se produce también borato sódico (NaBO2) como subproducto. La pila de combustible de borohidruro de sodio se describe en la solicitud de patente publicada de los Estados Unidos con el número 2003/0082427, que se incorpora a esta patente por la presente referencia. Una de las características más importantes para la aplicación de la pila de combustible es el almacenamiento de combustible. El suministro de combustible debería ser también fácilmente insertado en la pila de combustible o el dispositivo electrónico alimentado por la pila de combustible. Además, el suministro de combustible debería ser también fácilmente sustituible o rellenable.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se define mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Así pues, la presente invención tiene como objetivo un suministro de combustible adaptado para su uso con cualquier pila de combustible. La presente invención tiene también como objetivo un suministro de combustible adaptado para su uso con una pila de combustible de metanol directo. La presente invención tiene igualmente como objetivo un suministro de combustible adaptado para su uso con una pila de combustible reformador. Una realización de la presente invención tiene como objetivo un suministro de combustible que comprende una envoltura exterior que rodea un compartimento de combustible que contiene el combustible, un compartimento para el reactivo y una cámara de reacción. El combustible se transporta desde el compartimento de combustible a la cámara de reacción y reacciona para formar reactivos que comprenden gas de hidrógeno y reactivo líquido. Los reactivos se transportan después al compartimento de reactivo, donde el reactivo líquido permanece en el compartimento de reactivo y el gas de hidrógeno pasa del compartimento de reactivo a la pila de combustible. El compartimento de reactivo tiene una membrana permeable al gas e impermeable al líquido, que permite que el hidrógeno pase a través de la misma.

El suministro de combustible tiene también una válvula que permite selectivamente que el gas de hidrógeno pase a través de la pila de combustible. El suministro de combustible puede tener también una bomba para transportar el combustible desde el compartimento de combustible hasta la cámara de reacción. Las paredes del compartimento de combustible y el compartimento de reactivo pueden estar realizados integralmente y separados por una pared móvil que forma un cierre con las paredes. Cada uno de estos compartimentos puede tener un revestimiento para contener el combustible o los reactivos.

En otra realización, el reactivo líquido se transporta al compartimento de reactivo mientras que el reactivo de gas de hidrógeno se transporta a la pila de combustible, Un suministro de combustible puede comprender una envoltura exterior y al menos dos revestimientos interiores. Entre los revestimientos interiores se coloca un material absorbente, y uno de los revestimientos contiene combustible y está en comunicación de fluidos con una válvula que conecta este revestimiento a una pila de combustible. El otro revestimiento puede contener subproductos producidos por la pila de combustible. Al menos un posible elemento de almacenamiento de energía actúa preferentemente sobre el revestimiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Suministro (10) de combustible, que contiene combustible para su uso por una pila de combustible, que comprende:

Una envoltura exterior que envuelve un compartimiento (14) de combustible, que contiene el combustible, un compartimento (16) del reactivo, y una cámara de reacción (22) ; caracterizado porque el combustible se transporta a la cámara de reacción (22) y reacciona para formar reactivos que comprenden gas de hidrógeno y reactivo líquido, y posteriormente los reactivos se transportan al compartimento (16) de reactivo; y porque el compartimento (16) del reactivo comprende una membrana permeable a los gases e impermeable a los líquidos, y retiene el reactivo líquido; y porque el gas de hidrógeno pasa desde el compartimiento (16) de reactivo a través de la membrana (32) , hasta un espacio (34) incluido dentro de la envoltura exterior y después de la pila de combustible.

2. Suministro (10) de combustible, que contiene combustible para su uso por una pila de combustible, que comprende:

una envoltura exterior, que envuelve un compartimiento (14) de combustible, y que contiene el combustible, un compartimento (16) del reactivo, y una cámara de reacción (22) ; caracterizado porque el combustible se transporta a la cámara de reacción (22) y reacciona para formar reactivos que comprenden gas de hidrógeno y reactivo líquido, y posteriormente el gas de hidrógeno se transporta a la pila de combustible y el reactivo líquido se transporta al compartimento (16) de reactivo; y porque el reactivo líquido reacciona también con un reactivo adicional (39) para producir un gas a fin de aumentar la presión dentro del compartimento (16) de reactivo.

3. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el cartucho de combustible comprende una válvula y la válvula permite selectivamente que el gas de hidrógeno pase a la pila de combustible.

4. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el cartucho de combustible comprende una bomba para transportar combustible desde el compartimento de combustible a la cámara de reacción.

5. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura exterior es prácticamente impermeable al gas de hidrógeno.

6. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las paredes del compartimento de combustible y el compartimento de reactivo se realizan integralmente.

7. Suministro de combustible según la reivindicación 6, caracterizado porque el compartimento de combustible y el compartimento de reactivo están separados por una pared móvil.

8. Suministro de combustible según la reivindicación 7, caracterizado porque la pared móvil forma un cierre con las paredes del compartimento de reactivo y el compartimento de combustible.

9. Suministro de combustible según la reivindicación 8, caracterizado porque el cierre comprende un raspador o una junta tórica que presiona contra las paredes del compartimento de reactivo y el compartimento de combustible.

10. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el combustible comprende borohidruro de sodio o metanol.

11. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la cámara de reacción comprende un catalizador.

12. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el compartimento de combustible comprende un revestimiento y el combustible se contiene en el revestimiento.

13. Suministro de combustible según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el compartimento de reactivo comprende un revestimiento y los reactivos se contienen en el revestimiento.

14. Suministro de combustible según la reivindicación 2, caracterizado porque el reactivo adicional es un metal o un catalizador.

REFERENCIAS CITADAS EN LA MEMORIA DESCRIPTIVA

Esta lista de referencias citadas por el solicitante es para comodidad del lector solamente. No forma parte del documento de la patente europea. Aun cuando se tuvo gran cuidado en cumplir las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la EPO declina toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patentes citados en la memoria descriptiva

• US 5992008 A [0005] • US 20030096150 A [0025]

• US 5945231 A [0005] • US 10629004 B [0028]

• US 20030082427 A [0007] • US 10356793 B [0029]

• US 20030077493 A [0025] • US 10629006 B [0030]

 

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