Suministros de combustible para pilas de combustible.

Suministro de combustible para pila de combustible, que comprende:

una envoltura exterior,

un revestimiento interior plegable que contiene combustible líquido, y

un componente de válvula adaptado para transportar combustible desde el suministro de combustible hastauna pila de combustible,

caracterizado porque la envoltura exterior y el revestimiento interior se realizan mediante el moldeo porsoplado de manera que el revestimiento interior y la envoltura exterior pueden separarse al menosparcialmente entre sí salvo una zona cercana a la localización del componente de válvula, donde elrevestimiento interior y la envoltura exterior se fusionan entre sí y forman una masa integrada, y porque elsuministro de combustible está diseñado de manera que en caso de que el combustible se transporte desdeel suministro de combustible a la pila de combustible, el revestimiento interior se pliega al menosparcialmente.

Suministros de combustible para pilas de combustible.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a suministros de pilas de combustible, y más en particular a suministros de combustible con una velocidad de permeación reducida y suministros de combustible moldeados por soplado.

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 polímero, pilas de combustible de ácido fosfórico, pilas de combustible de carbonato fundido, pilas de combustible de óxido sólido y pilas de combustible de enzimas. Algunas pilas de combustible utilizan como combustible hidrógeno comprimido (H2) . 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 de combustible de membrana de intercambio de protones (MIP) utilizan metanol (CH3OH) , hidruros metálicos (por ejemplo borohidruro de sodio (NaBH4) , hidrocarburos (tal como el butano) u otros combustibles reformados en combustible de hidrógeno. 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. Otras pilas de combustible de MIP utilizan combustible de metanol (CH3OH) directamente (“pilas de combustible de metanol directo” o PCMD) . 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. Para producir electricidad, las pilas de combustible de óxido sólido (PCOS) convierten combustibles de hidrocarburos, por ejemplo butano, a una temperatura elevada. Las PCOS requieren una temperatura relativamente elevada, en el rango de los 1.000°C, para que tenga lugar la reacción de la pila de combustible.

Las reacciones químicas que producen electricidad son diferentes para cada tipo de pila de combustible. Para la PCMD, la reacción electroquímica en cada electrodo y la reacción general para una pila de combustible de metanol directo, se describen del modo siguiente:

Semi-reacción en el ánodo:

CH3OH + H2O 2 + 6H+ + 6e

Semi-reacción en el cátodo:

1, 5O2 + 6H+ + 6e- ºº2O

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

Debido a la migración de los iones de hidrógeno (H+) a través de la MIP, del ánodo al cátodo, y debido a la incapacidad de los electrones libres (e-) para pasar a través de la MIP, los electrones deben fluir a través de un circuito externo, lo que produce una corriente eléctrica a través del circuito externo. El circuito externo puede utilizarse para alimentar muchos dispositivos electrónicos útiles 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

En general, la MIP está realizada con un polímero, por ejemplo Nafion®, de DuPont, que es un material perfluorado de ácido sulfónico 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.

Otra reacción de la pila de combustible para una pila de combustible reformador de borohidruro de sodio es la siguiente:

NaBH4 (acuoso) + 2H2O (calor o catalizador) 4 (º 2) + (NaBO2) (acuoso)

Semi-reacción en el ánodo:

H2 º+ + 2e

Semi-reacción en el cátodo:

(2H+ + 2e-) + O2 º2O

Los catalizadores adecuados incluyen platino y rutenio y 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 US 2003/0082427 A1 titulada “Pila de Combustible para Suministro de Combustible”, concedida el 1 de mayo de 2003.

Las patentes WO 98/29245 y US 2003/0215655 A1 describen ambas una estructura laminada de varias capas para recipientes de combustible que pueden fabricarse de varios modos, incluido el moldeo por soplado.

Una de las características más importantes para la aplicación de la pila de combustible es el almacenamiento de combustible. El suministro de combustible debe ser también fácilmente insertado en la pila de combustible o el dispositivo electrónico que alimenta la pila de combustible. Además, el suministro de combustible debe poder apagarse a una temperatura y/o presión específicas para detener el flujo de combustible e impedir el daño a la pila de combustible y/o el dispositivo de electrónico al cual alimenta la pila de combustible. De igual modo, el suministro de combustible debe ser también fácilmente sustituible o rellenable. Aunque en la literatura de patentes se han descrito los cartuchos de combustible para pilas de combustible, no se conoce descripción alguna referente a las técnicas de fabricación para cartuchos de combustible.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como objetivo un suministro de combustible para pilas de combustible en el que uno o más componentes del suministro de combustible se moldean por soplado.

En particular, la presente invención tiene como objetivo un suministro de combustible para una pila de combustible que comprende una envoltura exterior, un revestimiento interior plegable que contiene combustible líquido, y un componente de válvula adaptado para transportar el combustible desde el suministro de combustible a una pila de combustible. La envoltura exterior y el revestimiento interior están realizados mediante el moldeo por soplado de manera que el revestimiento interior y la envoltura exterior pueden separarse al menos parcialmente uno de otro, salvo por una zona cercana al lugar del componente de válvula donde el revestimiento interior y la envoltura exterior se unen entre sí, y forman prácticamente una masa integral, y en el que el suministro de combustible está diseñado de manera que cuando se transporta el combustible del suministro de combustible a la pila de combustible, el revestimiento interior se pliega al menos parcialmente. De modo preferente, el revestimiento interior se extrae al menos parcialmente de la envoltura exterior.

La envoltura exterior y el revestimiento interior pueden estar realizados de polímeros que son incompatibles entre sí, y la envoltura exterior y el revestimiento interior se moldean prácticamente de forma simultánea. Uno de la envoltura exterior y el revestimiento interior comprende una resina polar y el otro comprende una resina no polar. Las resinas polares comprenden acrilonitrilo butadieno estireno, poliésteres termoplásticos, policarbonatos, policarbonatos, policloruro de vinilo, poliamidas, éteres de poliarileno o poliuretanos termoplásticos. Las resinas no polares comprenden polietileno de alta densidad (HDPE) , polipropileno o poliestireno.

Como variante, uno de la envoltura exterior y el revestimiento interior están realizados de elastómero termoplástico tal como caucho butilo, y el otro está realizado de cloruro de acetilo o polivinilo. Como alternativa,... [Seguir leyendo]

1. Suministro de combustible para pila de combustible, que comprende:

una envoltura exterior, un revestimiento interior plegable que contiene combustible líquido, y un componente de válvula adaptado para transportar combustible desde el suministro de combustible hasta una pila de combustible, caracterizado porque la envoltura exterior y el revestimiento interior se realizan mediante el moldeo por soplado de manera que el revestimiento interior y la envoltura exterior pueden separarse al menos parcialmente entre sí salvo una zona cercana a la localización del componente de válvula, donde el revestimiento interior y la envoltura exterior se fusionan entre sí y forman una masa integrada, y porque el suministro de combustible está diseñado de manera que en caso de que el combustible se transporte desde el suministro de combustible a la pila de combustible, el revestimiento interior se pliega al menos parcialmente.

2. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento interior comprende artículos moldeados por soplado.

3. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento interior, cuando está completamente lleno, tiene una capacidad de volumen mayor que el de la envoltura exterior.

4. Suministro de combustible según la reivindicación 1 o 3, caracterizado porque el revestimiento interior comprende al menos una pared lateral plegable.

5. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura exterior y el revestimiento interior están realizados de polímeros que son incompatibles entre sí, y porque los polímeros incompatibles no se unen mutuamente en su estado fundido.

6. Suministro de combustible según la reivindicación 5, caracterizado porque uno de la envoltura exterior y el revestimiento interior comprende una resina polar, y el otro de la envoltura exterior y el revestimiento interior comprende una resina no polar.

7. Suministro de combustible según la reivindicación 6, caracterizado porque las resinas polares comprenden acrilonitril-butadien-estireno, poliésteres termoplásticos, policarbonatos, policloruro de vinilo, poliamidas, éteres de poliarileno, o poliuretanos termoplásticos.

8. Suministro de combustible según la reivindicación 6, caracterizado porque las resinas no polares comprenden polietileno de alta densidad (HDPE) , polipropileno o poliestireno.

9. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de la envoltura exterior y el revestimiento interior comprende polietileno, y porque el otro de la envoltura exterior y el revestimiento interior comprende un agente deslizante.

10. Suministro de combustible según la reivindicación 3, caracterizado porque al menos uno del revestimiento exterior y el revestimiento interior comprende una carga hidrofílica.

11. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque el suministro de combustible comprende además una capa intermedia dispuesta entre la envoltura exterior y el revestimiento interior, y porque la capa intermedia es incompatible con al menos uno de la envoltura exterior y el revestimiento interior.

12. Suministro de combustible según la reivindicación 11, caracterizado porque la capa intermedia comprende una cera.

13. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de la envoltura exterior o el revestimiento interior se modifica para aumentar su barrera al vapor.

14. Suministro de combustible según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos uno de la envoltura exterior o el revestimiento interior está revestido con un revestimiento barrera a los gases.

15. Suministro de combustible según la reivindicación 14, caracterizado porque el revestimiento barrera comprende al menos uno de: epoxi-amida; óxido de silicona aluminio o cromo;

un material seleccionado de un grupo compuesto de una resina prácticamente sin gelificar o producto de reacción formado de la reacción de un poliéster funcional epoxi con una amina, polímeros de amida carboxilados y un compuesto de revestimiento con base de agua preparado para disolverse o dispersarse en un medio acuoso, y al menos un producto de reacción parcialmente neutralizado de un poliepóxido y un aminoácido; o xilileno.

16. Suministro de combustible según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos uno de la envoltura exterior o el revestimiento interior va envuelto con una película barrera a los gases.

17. Suministro de combustible según la reivindicación 16, caracterizado porque la película barrera a los gases comprende tereftalato de polietileno.

18. Suministro de combustible según la reivindicación 17, caracterizado porque el tereftalato de polietileno va revestido con un copolímero de policloruro de vinilideno o dióxido de silicona.

19. Suministro de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque la película barrera a los gases se selecciona de un grupo compuesto de alcohol de polivinilo (PVOH) , etilen-vinil-alcohol (EVOH) , EVOH unido a un substrato de poliéster, copolímeros de policloruro de vinilideno (PVDC o Saran) , resinas de nylon, fluorpolímeros, poiliacrilonitrilo (PAN) , naftalato de polietileno (PEN) , tereftalato de poli (trimetileno) (PTT) , copolímeros de resorcinol, polímeros de cristal líquido, policetonas alifáticas (PK) , y mezclas copolímeros de estos materiales.

20. Suministro de combustible según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos uno de la envoltura exterior o el revestimiento interior está fluorado.

21. Suministro de combustible según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos uno de la envoltura exterior o el revestimiento interior contiene al menos un oxidante.

22. Suministro de combustible según la reivindicación 21, caracterizado porque el antioxidante comprende al menos uno de: Un antioxidante tipo quinolina; Un antioxidante tipo amina; Un antioxidante tipo fenólico; o Un antioxidante tipo fosfito.