Cubiertas para células electroquímicas y procedimientos correspondientes.

Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400), que comprende:

una disposición de células electroquímicas (202; 302; 402), que incluye una superficie reactiva (204; 304; 404),presentando la superficie una o más zonas activas (206; 306; 406), en el que las zonas activas son zonas quesoportan toda o una parte de una reacción electroquímica, y una o más zonas menos activas (208; 308; 408), enel que las zonas menos activas son zonas en las que no se producen o no se soportan reaccioneselectroquímicas o en las que sólo se produce o se soporta una cantidad despreciable de reaccioneselectroquímicas, en el que dichas una o más zonas menos activas (208; 308; 408) están en contacto con dichasuna o más zonas activas (206; 306; 406), estando el sistema caracterizado porque comprende además unacubierta (210; 310; 410), en el que:

la cubierta incluye una capa de transporte que presenta una o más zonas de barrera al transporte (212; 312; 412)y una o más zonas abiertas (214; 314; 414), en el que:

las zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) se encuentran próximas a las zonas activas (206; 306; 406);las zonas abiertas (214; 314; 414) se encuentran próximas a las zonas menos activas (208; 308; 408); y

las zonas abiertas (214; 314; 414) están alineadas con las zonas menos activas (208; 308; 408).

Cubiertas para células electroquímicas y procedimientos correspondientes.

Prioridad de la invención La presente solicitud reivindica los derechos de prioridad de la solicitud de patente provisional US nº de serie 61/021.822, presentada el 17 de enero de 2008.

Antecedentes Los sistemas de células electroquímicas, tales como los sistemas de pilas de combustible, se han identificado como fuentes de alimentación atractivas para una amplia gama de aplicaciones. Tanto las condiciones ambientales que rodean al sistema como las que están próximas al sistema pueden influir en el funcionamiento y el rendimiento de las células electroquímicas. Los entornos favorables en la proximidad de las células electroquímicas pueden mejorar el rendimiento de la célula. Como ejemplos, la humedad, la temperatura, el transporte en masa de reactantes y los niveles de agentes de polución o contaminantes presentes en la célula electroquímica pueden afectar al rendimiento de la célula.

En la actualidad, pueden integrarse subsistemas en un sistema de células electroquímicas para controlar parámetros de funcionamiento de la célula electroquímica y proporcionar condiciones deseadas dentro de la célula electroquímica. Por ejemplo, en algunos sistemas de pilas de combustible, existen sistemas de humidificación externos, calentadores y bucles de enfriamiento y bombas de suministro de reactante y campos de flujo para ajustar las condiciones internas de la pila de combustible. De manera alternativa, se han diseñado sistemas de pilas de combustible que minimizan la utilización de componentes auxiliares mediante la integración de características para el control pasivo de las condiciones internas. Por ejemplo, se han desarrollado pilas de combustible que presentan arquitecturas planas para pilas de combustible que proporcionan una superficie de respiración pasiva para recibir reactante. Pueden utilizarse barreras de retención de agua para gestionar la evaporación de agua de las pilas de combustible. Convencionalmente, las barreras de retención de agua incluyen materiales porosos dispuestos sobre las áreas activas y marcos impermeables sellados alrededor del perímetro de las pilas de combustible.

La publicación de patente japonesa número JP 2003-297395 da a conocer una pila de combustible que presenta un paso de gas combustible y un paso para un gas que contiene oxígeno a ambos lados de un MEA. El paso de gas combustible y el paso para un gas que contiene oxígeno se disponen de manera alternativa en una membrana de electrolito. Un grupo de pasos de gas combustible y de pasos para un gas que contiene oxígeno están desplazados unos con respecto a otros.

Los sistemas de control activo pueden dar como resultado pérdidas de potencia parásita sustanciales y una mayor huella global. Además, las tecnologías existentes que tratan de controlar de manera pasiva las condiciones internas todavía muestran deshidratación de la membrana y pérdidas de rendimiento significativas. Para pilas de combustible que utilizan campos de flujo, el rendimiento global puede ser bajo como resultado de un contenido en agua irregular y puntos de calor localizados en la pila de combustible a pesar de que puede ser posible un entorno de humidificación propia neta. Para arquitecturas de pila de combustible planas, la evaporación de agua de superficies de respiración pasiva todavía puede provocar la deshidratación de la membrana, y el rendimiento se mantiene limitado por el insuficiente contenido en agua en la membrana.

Breve descripción de los dibujos En los dibujos, que no están necesariamente dibujados a escala, los mismos números de referencia describen sustancialmente componentes similares en las diversas vistas. Los mismos números de referencia con diferentes sufijos de letra representan diferentes casos de componentes sustancialmente similares. Los dibujos ilustran, en general, a título de ejemplo no limitativo, diversas formas de realización expuestas en la presente memoria.

La figura 1 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de células electroquímicas de la técnica anterior.

La figura 2 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de células electroquímicas, que incluye una cubierta desplazada, según algunas formas de realización.

La figura 3 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de células electroquímicas, que incluye una cubierta desplazada con capa porosa opcional, según algunas formas de realización.

La figura 4 ilustra una vista en sección transversal de un sistema de células electroquímicas, que incluye una cubierta desplazada con una capa porosa opcional, según algunas formas de realización.

La figura 5 ilustra una vista en perspectiva de un dispositivo electrónico alimentado por una célula electroquímica que utiliza una cubierta desplazada, según algunas formas de realización.

La figura 6 ilustra una vista en perspectiva de un dispositivo electrónico que utiliza una cubierta desplazada, según algunas formas de realización.

La figura 7 ilustra un diagrama de flujo en bloques de un procedimiento de suministro de un reactante a una disposición de células electroquímicas, según algunas formas de realización.

La figura 8 ilustra una vista de gráfico de resultados de modelado de longitud de difusión calculada frente a altura de intersticio, según algunas formas de realización.

Sumario Las formas de realización de la presente invención se refieren a un sistema de células electroquímicas. El sistema incluye una disposición de células electroquímicas, que incluye una superficie reactiva, presentando la superficie una o más zonas activas y una o más zonas menos activas en contacto con dichas una o más zonas activas. El sistema también incluye una cubierta, que incluye una capa de transporte que presenta una o más zonas de barrera al transporte y una o más zonas abiertas. Las zonas de barrera al transporte se encuentran próximas a las zonas activas y las zonas abiertas se encuentran próximas a las zonas menos activas y las zonas abiertas están alineadas con las zonas menos activas.

Las formas de realización también se refieren a una cubierta de disposición de células electroquímicas que incluye una capa de transporte, que incluye una o más zonas de barrera al transporte y una o más zonas abiertas. Las zonas de barrera al transporte se superponen a una o más zonas activas de una o más células electroquímicas de una disposición electroquímica.

Las formas de realización también se refieren a un procedimiento para hacer funcionar una disposición de células electroquímicas, que incluye poner en contacto zonas activas de una disposición de células electroquímicas con un fluido reactante a través de zonas abiertas en una cubierta e inhibir la retirada de un fluido de producto del entorno local mediante la utilización de la cubierta.

Descripción detallada La descripción detallada incluye referencias a los dibujos adjuntos, que forman parte de la descripción detallada. Los dibujos muestran, a modo de ilustración, formas de realización específicas en las que puede ponerse en práctica la invención. Estas formas de realización también se denominan en la presente memoria “ejemplos.” En caso de utilizaciones inconsistentes entre la presente memoria y los documentos incorporados como referencia, la utilización en la (s) referencia (s) incorporada (s) deberá considerarse complementaria a la de la presente memoria; para inconsistencias irreconciliables, prevalecerá la utilización en la presente memoria.

En la presente memoria, los términos “un” o “una” se utilizan de la manera habitual en documentos de patente, de manera que incluyen uno/a o más de uno/a, independientemente de cualquier otro caso o utilización de “al menos un/a” o “uno/a o más”. En la presente memoria, el término “o” se utiliza para referirse a uno no limitativo, de manera que “A o B” incluye “A pero no B”, “B pero no A” y “A y B”, a menos que se indique lo contrario.

En las reivindicaciones adjuntas, las expresiones "que incluye", "incluyendo" y "en el que", "en la que" se utilizan como equivalentes en lenguaje sencillo de las respectivas expresiones “que comprende" "comprendiendo" y "en el que", "en la que". Asimismo, en las siguientes reivindicaciones, las expresiones “que incluye”, "incluyendo” son abiertas, es decir, un sistema, dispositivo, artículo o proceso que incluye elementos además de los presentados tras dicho término en una reivindicación se considera que todavía entran dentro del alcance de esa reivindicación. Además,... [Seguir leyendo]

1. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) , que comprende:

una disposición de células electroquímicas (202; 302; 402) , que incluye una superficie reactiva (204; 304; 404) , presentando la superficie una o más zonas activas (206; 306; 406) , en el que las zonas activas son zonas que soportan toda o una parte de una reacción electroquímica, y una o más zonas menos activas (208; 308; 408) , en el que las zonas menos activas son zonas en las que no se producen o no se soportan reacciones electroquímicas o en las que sólo se produce o se soporta una cantidad despreciable de reacciones electroquímicas, en el que dichas una o más zonas menos activas (208; 308; 408) están en contacto con dichas una o más zonas activas (206; 306; 406) , estando el sistema caracterizado porque comprende además una cubierta (210; 310; 410) , en el que:

la cubierta incluye una capa de transporte que presenta una o más zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) y una o más zonas abiertas (214; 314; 414) , en el que:

las zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) se encuentran próximas a las zonas activas (206; 306; 406) ;

las zonas abiertas (214; 314; 414) se encuentran próximas a las zonas menos activas (208; 308; 408) ; y

las zonas abiertas (214; 314; 414) están alineadas con las zonas menos activas (208; 308; 408) .

2. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según la reivindicación 1, en el que dichas una o más zonas menos activas (208; 308; 408) separan las zonas activas (206; 306; 406) adyacentes.

3. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cubierta (210; 310; 410) es amovible.

4. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según la reivindicación 1, en el que la cubierta (504) está integrada en una caja para un dispositivo portátil (502) .

5. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas una o más zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) son impermeables al agua.

6. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas una o más zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) son impermeables al aire.

7. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una parte de dichas una o más zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) son eléctricamente conductoras, térmicamente conductoras, o combinaciones de las mismas.

8. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según la reivindicación 7, en el que las partes conductoras de las zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) están eléctricamente aisladas de al menos una parte de la superficie reactiva.

9. Sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dichas una o más zonas de barrera al transporte (212; 312; 412) son eléctricamente aislantes, térmicamente aislantes, o combinaciones de las mismas.

10. Sistema de células electroquímicas (300; 400) según la reivindicación 1, que comprende además una capa porosa (350; 452) .

11. Sistema de células electroquímicas (300; 400) según la reivindicación 10, en el que la capa porosa (350; 452) está dispuesta entre la cubierta (310; 410) y la disposición de células electroquímicas (302; 402) .

12. Sistema de células electroquímicas (300; 400) según la reivindicación 10, en el que la capa porosa (350; 452) está dispuesta sobre la superficie reactiva de la disposición.

13. Sistema de células electroquímicas (300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que la capa porosa (350; 452) comprende un material adaptable, en el que el material adaptable puede alterar sus propiedades de transporte en respuesta a cambios en la temperatura, la humedad, el flujo eléctrico o las combinaciones de los mismos.

14. Sistema de disposición de células electroquímicas (200; 300; 400) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las zonas abiertas (214; 314; 414) comprenden ranuras, aberturas de ventilación, orificios, un material poroso, o una combinación de los mismos.

15. Procedimiento (700) para hacer funcionar el sistema de células electroquímicas (200; 300; 400) según la reivindicación 1, que comprende:

poner en contacto (702) las zonas activas de la disposición de células electroquímicas con un fluido reactante a través de las zonas abiertas en la cubierta, en el que la cubierta y la superficie reactiva de la disposición de células electroquímicas definen un entorno local próximo a las zonas activas de la disposición,

inhibir (704) la retirada de un fluido de producto del entorno local mediante la utilización de la cubierta;

variar la velocidad a la que el fluido reactante entra en contacto con las zonas activas dirigiendo el fluido reactante a través de una capa porosa; y

variar la velocidad a la que se retira el fluido de producto del entorno local dirigiendo el fluido de producto a 15 través de la capa porosa.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que las zonas activas comprenden un catalizador y una membrana de intercambio iónico, comprendiendo el procedimiento además hidratar la membrana de intercambio iónico con el fluido de producto.