Materiales depuradores en cartucho de combustible.

Un suministro de combustible conectable a una celda de combustible y que comprende por lo menos un material de contacto con combustible,

en donde el material de contacto con combustible reduce la presión de vapor generada por un combustible almacenado dentro del suministro de combustible y comprende un compuesto químico que comprende por lo menos uno de un depurador de oxígeno, un depurador de dióxido de carbono, un depurador de metales de transición y un desecante.

Materiales depuradores en cartucho de combustible.

La presente invención se refiere en general a suministros de combustible para celdas de combustible, y más particularmente la invención se refiere al uso de materiales depuradores dentro de cartuchos de combustible desechables y rellenables.

Antecedentes de la invención Las celdas de combustible son dispositivos que convierten directamente la energía química de los reaccionantes, es decir, combustible y oxidante, en electricidad de corriente directa (DC) . Para una serie de aplicaciones, las celdas de combustible pueden ser más eficientes que la generación de potencia convencional, tal como la combustión de combustible fósil, como también el almacenamiento de potencia portátil, tal como las baterías de iones de litio.

En general, la tecnología de celdas de combustible incluye una diversidad de celdas de combustible diferentes, tal como celdas de combustible alcalino, celdas de combustible de polímero y electrolito, celdas de combustible de ácido fosfórico, celdas de combustible de carbonato fundido, celdas de combustible de óxido sólido y celdas de combustible de enzimas. Hoy en día, las celdas de combustible más importantes pueden dividirse en varias categorías generales, a saber (i) las celdas de combustible que utilizan hidrógeno comprimido (H2) como combustible; (ii) las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) que utilizan alcoholes,

p. ej., metanol (CH3OH) , hidruros metálicos, p. ej., borohidruro de sodio (NaBH4) , hidrocarburos u otros combustibles en el combustible de hidrógeno; (iii) celdas de combustible PEM que pueden consumir combustible no de hidrógeno directamente o celdas de combustible de oxidación directa; y (iv) celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) que convierten directamente los combustibles hidrocarbonados en electricidad a alta temperatura.

El hidrógeno comprimido en general se mantiene a alta presión y es por lo tanto difícil de manipular. Asimismo, por lo general se requieren grandes tanques de almacenamiento y no pueden hacerse lo suficientemente pequeños para dispositivos electrónicos de consumo. Las celdas de combustible reformateadas convencionales requieren reformadores y otros sistemas de vaporización y auxiliares para convertir los combustibles en hidrógeno a fin de que reaccionen con oxidante en la celda de combustible. Los últimos avances resultan prometedores para los reformadores o las celdas de combustible reformateadas para dispositivos electrónicos de consumo. Las celdas de combustible de oxidación directa más comunes son celdas de combustible de metanol directo o DMFC. Otras celdas de combustible de oxidación directa incluyen celdas de combustible de etanol directo y celdas de combustible de tetrametil ortocarbonato directo. La SOFC convierte los combustibles hidrocarbonados tales como butano, con gran calor para producir electricidad. La SOFC requiere una temperatura relativamente alta en el intervalo de 1000°C para que ocurra la reacción de la celda de combustible.

Las reacciones químicas que producen electricidad son diferentes para cada tipo de celda de combustible. Para DMFC, la reacción químico-eléctrica en cada electrodo y la reacción total para una celda de combustible de metanol directo se describen de la siguiente manera:

Semirreacción en el ánodo: CH3OH + H2O - CO2 + 6H+ + 6e-Semirreacción en el cátodo: 1, 502 + 6H+ + 6e--3H2O Reacción total de celda de combustible: CH3OH + 1, 5O2 -- CO2 + 2H2O

Debido a la migración de los iones de hidrógeno (H+) a través del PEM del ánodo al cátodo y debido a la incapacidad de los electrones libres (e-) de pasar a través del PEM, los electrones fluyen por un circuito externo, produciendo de este modo una corriente eléctrica a través del circuito externo. El circuito externo puede usarse para dar potencia a muchos dispositivos electrónicos de consumo, tal como teléfonos móviles o celulares, calculadoras, asistentes digitales personales, computadoras portátiles y herramientas eléctricas, entre otros.

La DMFC se analiza en las patentes de Estados Unidos núm. 5.992.008 y 5.945.231. En general, el PEM está hecho de un polímero tal como Nafion® disponible de DuPont, que es un polímero de ácido sulfónico perfluorado que tiene un espesor en el intervalo de aproximadamente 0, 05 mm a aproximadamente 0, 50 mm, u otras membranas adecuadas. El ánodo típicamente está hecho de un soporte de papel de carbono teflonizado con una capa delgada de catalizador, tal como platino-rutenio, depositado allí. El cátodo es típicamente un electrodo de difusión de gas en el que las partículas de platino están unidas a un lado de la membrana.

En otra celda de combustible de oxidación directa, la celda de combustible de borohidruro (DBFC) reacciona de la siguiente manera:

Semirreacción en el ánodo: BH4- +8OH- - BO2- + 6H2O + 8e- Semirreacción en el cátodo: 2O2 + 4H2O + 8e- - 80H-

En una celda de combustible de hidruro de metal químico, se reforma borohidruro de sodio acuoso y reacciona de la siguiente manera: NaBH4 + 2H2O - (calor o catalizador) - 4 (H2) + (NaBO2) .

Semirreacción en el ánodo: H2 -2H+ + 2e- Semirreacción en el cátodo: 2 (2H+ + 2e_) + O2 - 2H2O

Los catalizadores adecuados para esta reacción incluyen platino y rutenio, y otros metales. El combustible de hidrógeno producido a partir de reformar borohidruro de sodio se somete a reacción en la celda de combustible con un oxidante, tal como O2, para crear electricidad (o un flujo de electrones) y un subproducto de agua. El subproducto de borato de sodio (NaB02) también se produce por el proceso de reforma. Una celda de combustible de borohidruro de sodio se analiza en la patente de Estados Unidos núm. 4.261.956.

No obstante, aún permanece la necesidad de controlar la presión que puede aumentar con el paso del tiempo dentro del cartucho de combustible.

El documento US 2004/0155065 A1 indica un depósito de combustible para una celda de combustible líquido útil para dispositivos electrónicos portátiles o para un reformador; incluye un recipiente que define un volumen para abarcar un combustible líquido, una estructura de mecha posicionada dentro del volumen y hacia la cual gotea el combustible líquido y desde la cual dicho combustible líquido puede posteriormente dosificarse, como bombeando, un retenedor para sostener la estructura de mecha en una orientación deseada dentro del contenedor, y una salida para el combustible líquido, de forma tal que esté en comunicación con la estructura de mecha. El depósito de combustible líquido puede contener un depurador de impurezas en el pasaje de salida o en un cartucho de filtro conectado al pasaje de salida

Sumario de la invención La presente invención se refiere a un suministro de combustible que es conectable a una celda de combustible y que incluye por lo menos un material de contacto con combustible, en donde el material de contacto con combustible reduce la presión de vapor generada por un combustible almacenado dentro del suministro de combustible. Un depurador de oxígeno, un depurador de dióxido de carbono, un depurador de metales de transición y/o un desecante pueden disponerse hacia el material de contacto con combustible.

Breve descripción de los dibujos Las características mencionadas y otras características y ventajas de la invención serán obvias a partir de la siguiente descripción de la invención, como se ilustra en los dibujos anejos. Los dibujos anejos, que se incorporan a la presente memoria y forman parte de la misma, sirven también para explicar los principios de la invención y para habilitar al experto en la técnica a realizar y usar la invención.

La FIG. 1 es una vista esquemática de un cartucho de múltiples paredes y una celda de combustible.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas Como se ilustra en los dibujos anejos y se analiza en detalle a continuación, la presente invención se refiere a un suministro de combustible que almacena combustibles de celda de combustible, como metanol, agua, mezclas de metanol/agua de concentraciones variables, metil clatratos, p. ej., como se describe en las patentes de Estados Unidos núm. 5.364.977 y 6.512.005 B2, y similares. El metanol y otros alcoholes se pueden utilizar en muchos tipos de celdas de combustible, p. ej., DMFC, celdas de combustible de enzimas y celdas de combustible reformateadas, entre otras. El suministro de combustible puede contener otros tipos de combustibles de celda combustible, tales como etanol u otros alcoholes, hidruros de metal tales como borohidruros de sodio, otras sustancias químicas que pueden reformatearse en hidrógeno, otras sustancias químicas que pueden mejorar el desempeño... [Seguir leyendo]

1. Un suministro de combustible conectable a una celda de combustible y que comprende por lo menos un material de contacto con combustible, en donde el material de contacto con combustible reduce la presión de vapor generada por un combustible almacenado dentro del suministro de combustible y comprende un compuesto químico que comprende por lo menos uno de un depurador de oxígeno, un depurador de dióxido de carbono, un depurador de metales de transición y un desecante.

2. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en el que el por lo menos un material de contacto con combustible forma por lo menos una parte de un recipiente de combustible interno.

3. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible forma por lo menos una parte de una envuelta exterior.

4. El suministro de combustible según la reivindicación 2, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible forma además una parte de una envuelta exterior.

5. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible comprende un depurador de oxígeno y un depurador de dióxido de carbono.

6. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible comprende un depurador de oxígeno y un desecante.

7. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible comprende un depurador de oxígeno, un depurador de dióxido de carbono y un desecante.

8. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible comprende un depurador de oxígeno, un depurador de dióxido de carbono, un depurador de metales de transición y un desecante.

9. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en el que el depurador de oxígeno está presente y comprende sulfito de sodio, ácido etilendiamintetracético, ácido nitroloacético, ácido ascórbico, ácido cítrico, ácido pirogálico, hidrazina, una mezcla de óxido ferroso húmedo finamente dividido y potasio, metal de níquel, sal de metal de transición, Fe-porfirina, una difenilcetona, un análogo de Bisfenol A polimérico, una poli (difenil cetona) , una mezcla de polietilentereftalato y poli (m-xilenadipamida) , un polímero oxidable, un polímero etilénicamente insaturado, un polímero bencílico, un polímero alílico, polibutadieno, un terpolímero de poli[etileno-metilacrilatociclohexeno acrilato], un copolímero de poli[etileno-vinilciclohexeno, una resina de polilimoneno, poli-º-pineno, poli a-pineno, poliformal y una combinación de una cadena principal polimérica, grupos colgantes olefínicos cíclicos y grupos de enlace que unen los grupos colgantes olefínicos con la cadena principal polimérica.

10. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el depurador de dióxido de carbono está presente y comprende hidróxido de litio, ciclohexilamina, etanolamina, dietilaminoetanol, morfolina o una de sus combinaciones.

11. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el depurador de iones de metales de transición está presente y comprende Si-Triamina, Si-Di- amina, Si-Tiol, Si-TAAcOH, Si-TAAcONa, Si-Tiourea, Combizorb S, o una de sus combinaciones.

12. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el desecante está presente y comprende sílice, gel de sílice, silicato de aluminio y magnesio, óxido de calcio, sulfato de calcio, sulfato de magnesio, pentóxido de fósforo, una arcilla de esmectita, una arcilla de filosilicato estratificada, una arcilla orgánicamente modificada, una arcilla intercalada, una arcilla exfoliada o una de sus combinaciones.

13. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible comprende yodo.

14. El suministro de combustible según la reivindicación 2, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible está dispuesto dentro o sobre una superficie del recipiente de combustible interno.

15. El suministro de combustible según la reivindicación 3, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible está dispuesto dentro o sobre una superficie de la envuelta externa.

16. El suministro de combustible según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un material de contacto con combustible forma una parte de una válvula.

17. El suministro de combustible según la reivindicación 9, que además comprende por lo menos un

fotoiniciador.

18. El suministro de combustible según la reivindicación 17, en donde el fotoiniciador se selecciona del grupo que consiste en benzofenona, o-metoxi-benzofenona, dibenzoil bifenilo, dibenzoil bifenilo sustituido, terfenilo 5 benzoilado, terfenilo benzoilado sustituido, tribenzoil trifenilbenceno, tribenzoil trifenilbenceno sustituido, oligómeros de estireno benzoilados, oligómeros de estireno benzoilados sustituidos, acetofenona, o-metoxi-acetofenona, acetopfenona, metil etil cetona, valerofenona, hexanofenona, a-fenil-butirofenona, p-morfolinopropiofenona, dibenzosuberona, 4-morfolinobenzofenona, benzoína, benzoin metil éter, 4-o-morfolinodesoxibenzoína, pdiacetilbenceno, 4-aminobenzofenona, 4’-metoxiacetofenona, antraquinonas sustituidas y no sustituidas, a-tetralona, 10 9-acetilfenantreno, 2-acetilfenantreno, 10-tioxantenona, 3-acetil-fenantreno, 3-acetilindol, 9-fluorenona, 1-indanona, 1, 3, 5-triacetilbenceno, tioxanten-9-ona, xanteno-9-ona, 7-H-benz[de]antracen-7-ona, benzoína tetrahidropiranil éter, 4, 4’-bis (dimetilamino) -benzofenona, 1’-acetonaftona, 2’-acetonaftona, acetonaftona y 2, 3-butanodiona, benz[a]antraceno-7, 12-diona, 2, 2-dimetoxi-2-fenilacetofenona, a, a-dietoxi-acetofenona, a, a-dibutoxiacetofenona, Rose Bengal, azul de metileno, tetrafenilfosfina, poli (etilen-comonóxido de carbono) y oligo[2-hidroxi-2-metil-1-[4- (1

metilvinil) fenil]propanona].

19. El suministro de combustible según la reivindicación 9, que además comprende por lo menos un antioxidante.

20. El suministro de combustible según la reivindicación 19, en donde el antioxidante se selecciona del grupo que consiste en 2, 6-di (t-butil) -4-metil-fenol, 2, 2’-metileno-bis (6-t-butil-p-cresol) , trifenilfosfito, tris. (nonilfenil) fosfito, vitamina E, tetra-bis-metileno 3- (3, 5-diterc-butil-4-hidroxifenil) -propionato metano y dilauriltiodipropionato.