BRPI0709387A2 - composição de combustìvel capaz de produzir hidrogênio através de reação quìmica para uso em célula de combustìvel e gerador de gás adaptado para uso com a mesma - Google Patents

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Abstract

COMPOSIçãO DE COMBUSTìVEL CAPAZ DE PRODUZIR HIDROGêNIO ATRAVéS DE REAçAO QUìMICA PAPA USO EM CéLULA DE COMBUSTìVEL E GERADOR DE GáS ADAPTADO PARA USO COM A MESMA. Em uma reação de água ou outros líquidos que reagem com combustíveis de borohidreto sólido, o reagente líquido e/ou aditivos são convertidos em uma forma de gel (14). O hidreto de metal sódio membro sólido (26). O único membro catalisador / hidreto de metal é inserido em um gel (14) para iniciar a reação para produzir hidrogênio e é retirado do gel para parar ou ormonuir a reação. Um gerador de gás auto-regulável (10, 40) usando uma formulação de produção de combustível automaticamenre controla a raxa de reação do mesmo para controlar a pressão interna do oerador de gás.

Description

COMPOSIÇÃO DE COMBUSTÍVEL CAPAZ DE PRODUZIR HIDROGÊNIOATRAVÉS DE REAÇÃO QUÍMICA PARA USO EM CÉLULA DE COMBUSTÍVEL EGERADOR DE GÁS ADAPTADO PARA USO COM A MESMA
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção refere-se a novas composições de combustívelpara células de combustível, e mais particularmente, a novascomposições de combustível que produzem hidrogênio para usoem células de combustível.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Um conhecido desafio na técnica de geração de hidrogênioé controlar a taxa de reação química entre um hidreto deMètaX químico, tal como borohidreto de sódio, e iiím -Mquido,tal como água ou metanol. Quando a reação é muito lenta, acélula de combustível não tem hidrogênio suficiente paragerar eletricidade. Quando a reação é muito rápida, o excessode gás hidrogênio pode pressurizar o fornecimento decombustível.
Até agora, o controle da taxa de reação para produzirhidrogênio em uma reação de hidreto de metal metálico químicotem sido realizado introduzindo o catalisador em uma câmarade reação contendo hidreto de metal aquoso e água parainiciar a reação e remover o catalisador a partir deste pontopara interromper a reação, conforme divulgado nas Patentes USNos 6,939,529 e 3, 459,510 e no pedido de patente US N02Ό05/0158595. Esta técnica regula a taxa de reaçãocontrolando quanto o catalisador interage com o combustívelaquoso ou a duração do contato entre o catalisador e ocombustível.
Outro método de controlar a taxa de reação é adicionargrânulos de hidreto de metal tendo tamanho uniforme à água auma taxa constante para controlar a produção de hidrogêniocomo discutido no pedido de patente US N0 2004/0184 987. Outrométodo é controlar a taxa de injeção de água e solução dehidreto de metal aquoso para controlar a taxa de reação.
No entanto, permanece uma necessidade de métodosadicionais para controlar a taxa de reação.BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um aspecto da invenção é refere-se a uma composição decombustível capaz de produzir hidrogênio através de umareação de oxidação para uso em uma célula de combustível. Δcomposição do combustível inclui um reagente em gel, umreagente de hidreto de metal químico e um catalisador.
Outro aspecto da invenção 'refere-se a um gerador de gásadaptado para uso com a composição de combustível que incluium reagente em gel, um reagente de hidreto de metal químico eum catalisador. O gerador de gás inclui uma câmara contendo oreagente em gel, em que o reagente sólido é posicionado emüma plataforma inclinada e . o<í freagente sólido é móvel emrelação ao reagente em gel. O reagente em gel é espaçadoseparado da plataforma para formar uma câmara de pressão. Ogás produzido a partir de uma reação entre o reagente em gele o reagente de hidreto de metal cria uma pressão dentro dacâmara de pressão. Quando a pressão é mais elevada do que umapressão determinada, o reagente sólido é movido para longe doreagente em gel. Quando a pressão é inferior à pressãopredeterminada, o reagente sólido é movido em direção aoreagente em gel.
Outro aspecto da invenção refere-se a um gerador de gáscapaz de produzir hidrogênio através de uma reação deoxidação. O gerador de gás contém um reagente líquido e umhidreto de metal químico. 0 gerador de gás inclui liga /metal absorvente de hidrogênio para absorver. excesso dehidrogênio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
O precedente e outras características e vantagens dainvenção serão aparentes a partir da seguinte descrição dainvenção como ilustrada nos desenhos anexos. Os desenhosanexos fazem parte da especificação para explicar osprincípios da invenção e para permitir que uma pessoa versadana técnica pertinente faça e use a invenção.
A figura 1 é uma vista em seção transversal de umgerador de gás hidrogênio de acordo com a presente invenção;A figura IA é uma vista frontal de uma parede de apoio usadano gerador de gás hidrogênio da figura 1; A figura IB é umavista em seção transversal de uma variação do gerador de gásda figura 1;
A figura 2 é uma vista em seção transversal de outrogerador de gás hidrogênio de acordo com a presente invenção;e a figura 2À é uma vista em perspectiva de uma tela usada nogerador de gás hidrogênio da figura 2.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A reação geral entre um reagente de hidreto de metal eum reagente liquido para produzir hidrogênio é conhecida. Emum exemplo, iareação entre borohidreto de sódio e água é como segue:
NaBH4 +2H20 - (catalisador) -» 4 (H2) + (NaBO2)
Catalisadores apropriados incluem platina, rutênio e salde rutênio (RUCI3) , entre outros metais e sais do mesmo. Osubproduto do borato de sódio (NaBO2) é produzido também pelareação. O combustível de borohidreto de sódio como usado emcélulas combustíveis é discutido na patente US N0 3,459,510que é aqui incorporada para referência.
Como ilustrado nos desenhos anexos e discutido emdetalhe abaixo, a presente invenção refere-se a métodos e acomposições capazes de controlar e maximizar a liberação dehidrogênio a partir de combustíveis de hidreto de metalquímico, tais como borohidreto de sódio (NaBH4), e água. Apresente invenção refere-se também a instrumentos aparelhosde auto-regulagem que maximizam a liberação de combustíveisde hidrogênio a partir de uma reação de combustíveis dehidreto de metal químico e água.
Os aparelhos de geração de hidrogênio usandocombustíveis de hidreto de metal químico são descritos em nopedido US co-pendente N0 10/679,756 depositado em 6 deoutubro de 2003, no pedido US N0 11/067,167 depositado em 25de fevereiro de 2005, no pedido US N0 11/066,573 depositadoem 25 de fevereiro de 2005, no pedido provisional US N060/689,538 depositado em 13 junho de 2005, e no pedidoprovisional US N0 60/689,539 depositado em 13 junho de 2005.
As divulgações de todas estas referências são aquiincorporadas para referência em sua totalidade.
Combustíveis de hidreto de metal químico apropriadosincluem, mas não são limitados a, hidretos de elementos dosgrupos IA-IVA da Tabela Periódica dos Elementos e misturasdos mesmos, tal como hidretos alcalinos ou de metal alcalino,ou misturas dos mesmos. Outros compostos, tais como hidretosde alumínio de metal alcalino (alanatos) e borohidreto demetal alcalino podem também ser empregados. Exemplos maisespecíficos de hidretos de metal incluem, mas não sãolimitados a, hidreto de lítio, hidreto de alumínio de lítio,borohidreto de lítio, hidreto de sódio, borohidreto de sódio,hidreto de potássio, borohidreto de potássio, hidreto demagnésio, borohidreto de magnésio, hidreto de cálcio, e saise/ou derivados dos mesmos. Os hidretos preferidos são hidretode sódio, borohidreto de sódio, borohidreto de magnésio,borohidreto de lítio, e borohidreto de potássio, maispreferivelmente NaBH4 e/ou Mg(BH4)2-
Outros líquidos diferentes de água, tais como metanol eoutros álcoois, podem também ser usados para reagir comhidretos de metal químico.
Na forma sólida, NaBH4, que está tipicamente sob a formade pó ou grânulos, ou na forma sólida de partículaspressionadas, não hidrolisa prontamente na ausência de água,e conseqüentemente usar borohidreto anídrico melhora a vidaútil do gerador da fonte de combustível ou do gerador de gás.
Entretanto, a forma aquosa do combustível portador dehidrogênio, tal como NaBH4 aquoso, tipicamente hidrolisaprontamente a menos que um agente estabilizador estejapresente. Agentes estabilizadores exemplares podem incluir,mas não são limitados a, metais e hidróxidos de metal, talcomo hidróxidos de metal alcalino, por exemplo, KOH e/ouNaOH. Exemplos de tais estabilizadores são descritos napatente US N0 6,683,025, que é aqui incorporada parareferência em sua totalidade.A forma sólida do combustível portador de hidrogênio épreferida geralmente à forma aquosa. Geralmente, oscombustíveis sólidos são provavelmente mais vantajosos do quecombustíveis líquidos porque os combustíveis aquosos contêmproporcionalmente menos energia do que os combustíveissólidos e os combustíveis líquidos são tipicamente menosestáveis do que os combustíveis sólidos.
Um dos problemas associados às formas sólidas de NaBH4(pélete, grãnulo, pó, aglomerado, etc.) é que, durante aoxidação do borohidreto pela água, o subproduto do metaborato(BO2-) pode aparecer na superfície do sólido. Enquanto areação de oxidação continua, o metaborato e outras formas deboratos tendem a formar uma pele ou casca sobre a superfíciedo sólido de borohidreto, que pode inibir a reação deoxidação de borohidreto-água. Além disso, o metaborato eoutros íons de borato podem absorver diversas moléculas deágua cada um, reagindo com alguns e quelando outros, o quefaz com que a reação de oxidação de hidreto de metal precisede mais água do que a reação estequiométrica ideal. Também,acredita-se que a água deve passar através da pele do boratoe não ser quelada, ou reagida com, os subprodutos de oxidaçãodo borato antes de alcançar o borohidreto abaixo. Mesmo que ometaborato e outros íons de borato sejam menos reativos comágua do que as moléculas de borohidreto, a pele do borato fazcom que a reação de borohidreto-água seja limitada por taxa.
Adicionalmente, a reação entre NaBH4 e água, uma vez queiniciada, pode ser difícil de controlar, tal que o hidrogêniopode ser produzido dissimilarmente com um ponto na produçãode hidrogênio quando reagentes frescos são combinados. Quandoo gás é produzido muito rapidamente depois que os reagentesfrescos são reagidos, o gás pode sobrepressurizar uma fontede combustível ou gerador de hidrogênio e danificar a fontede combustível. Adicionalmente, se alta pressão é comunicadaa uma célula de combustível, pode também danificar a célulade combustível.
De acordo com a presente invenção a reação da água ou deoutros líquidos que reagem com combustíveis de borohidretosólido pode ser modificada como segue: convertendo o reagentelíquido e/ou aditivos para uma forma em gel, formando ohidreto de metal sólido e o catalisador em um único membrosólido, introduzindo o único hidreto de metal / catalisadorno gel para iniciar a reação para produzir o hidrogênio eretirar o hidreto de metal / membro de catalisador a partirdo gel para parar ou retardar a reação. Outro aspecto dainvenção refere-se a um gerador de gás de auto-regulagem quecontrola automaticamente a taxa de reação para controlar a·pressão interna do gerador de gás.
Em uma modalidade, o reagente líquido é formado em umgel de modo que as moléculas líquidas são reversivelmenteencapsuladas em uma matriz até que elas sejam necessáriaspara a reação. Desta maneira, o componente líquido não éisento de fluxo para reagir como tal. Os polímeros insolúveisem água, mas intumescíveis em água capazes de absorverlíquidos são usados na presente invenção. Quando um materialinsolúvel em água, intumescível em água é adicionado à água,a ligação entre o composto insolúvel em água, intumescível emágua e água é suficientemente forte para manter a água, massuficientemente fraco para render moléculas de água quandooutra reação, isto é, entre água e NaBH4, precisa da água. Osmateriais insolúveis em água, intumescíveis em águapreferidos incluem poliacrilato de sódio, comumente usado emprodutos de fraldas infantis, e poliacrilamida, entre outros.
Os materiais insolúveis em água, intumescíveis por águaapropriados são descritos na patente US N0 6,998,367 B2 e nasreferências mencionadas no mesmo. Os polímeros insolúveis emágua, intumescíveis em água discutidos nestas referências sãoaqui incorporados para referência.
Em uma modalidade, um copolímero de poliacrilato desódio e bis-acrilamida, onde duas cadeias de poliacrilato desódio são conectadas pelo bis-acrilamida para se assemelhar avias férreas. Este polímero contém muitos locais que podemabsorver moléculas de água por ligação de hidrogênio. Sem serlimitado por qualquer teoria particular, o inventor acreditaque estas ligações de hidrogênio são mais fracas do que atendência de NaBH4 para reagir com água ligada na presença deum catalisador, tal como o sal de rutênio, tal que asligações de hidrogênio liberem as moléculas de água parareagir com NaBH4. Adicionalmente, ativadores, materiais queaprontam o catalisador para a reação, podem também serincluídos. Qualquer ativador conhecido na técnica para usocom os catalisadores particulares selecionados pode ser usadona presente invenção.
Outros polímeros insolúveis em água, intumescíveis emágua apropriados são descritos na patente US N0 6,998,377 B2,que é aqui incorporada para referência em sua totalidade. Ospolímeros absorventes da presente invenção podem tambémincluir pelo menos um polímero absorvente formador dehidrogel (também referido como polímero formador dehidrogel). Polímeros formadores de hidrogel apropriadosincluem uma variedade de polímeros insolúveis em água,intumescíveis em água capazes de absorver líquidos.
Os polímeros absorventes formadores úteis na presenteinvenção podem ter um tamanho, forma e/ou morfologia variandosobre uma escala larga. Estes polímeros podem estar sob aforma de partículas que não têm uma grande razão de dimensãomaior para dimensão menor (por exemplo, grânulo,pulverulentos, agregados de interpartículas, agregadosreticulados de interpartícuias, e semelhantes) e podem estarsob a forma de fibras, folhas, películas, espumas, flocos esemelhantes. Os polímeros absorventes formadores de hidrogelpodem também compreender misturas com baixos níveis de um oumais aditivos, tais como sílica pulverizada, zeólitos,·carbono ativado, peneiras moleculares, tensoativos, colas,aglutinantes, e semelhantes. Os componentes nesta misturapodem estar física e/ou quimicamente associados em uma formatal que o componente de polímeros formador de hidrogel e oaditivo de polímero não formador de hidrogel são pronta efisicamente separáveis. Os polímeros absorventes formadoresde hidrogel podem ser essencialmente não porosos (isto é,nenhuma porosidade interna) ou ter porosidade internasubstancial.
Géis baseados em acrilamida são também adequados parauso na presente invenção. Especificamente apropriado sãoacrilamida, ácido 2-(acriloiloxil)etil fosfato, ácido de 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico, 2-dimetilaminoetilacrilato, ácido 2 , 2'-bis(acrilamido)acético, cloreto de 3-(metacrilamido)-propiltrimetilamônio, cloreto de acril-amidometilpropanodimetilamônio, acrilato, acrilonitrila,ácido acrílico, cloreto de dialildimetilamônio, cloreto dedialilamônio, acrilato de dimetilaminoetil, metacrilato dedimetilaminoetil, etileno glicol, dimetacrilato,monometacrilato de etileno glicol, metacrilamida, cloreto demetilacrilamidopropiltrimetilamônio, N,N-dimetilacrilamida,N-[2[[5-1-(dimetilamino)1-naftalenil]sulfonil]amino[etil]-2-acrilamida, cloridrato de N-[3-dimetilamino)propil]-acrilamida, cloridrato de N-[3-(dimetilamino)propil)-metacrilamida, poli(cloreto de dialildimetilamônio), 2-(2-carboxibenzoilóxi)etil metacrilato de sódio, acrilato desódio, alil acetato de sódio, metacrilato de sódio, estirenosulfonato de sódio, vinilacetato de sódio, trialilamina,cloreto de trimetil(N-acriloil-3-aminopropil)amônio,derivados de trifenilmetano-leuco, polimetilsiloxanoterminados em vinila, N-(2-etoxietil)acrilamida, N-3-(metoxipropil)acrilamida, N-(3-etoxipropil)acrilamida, N-ciclopropilacrilamida, N-n-propilacrilamida, e N-(tetrahidrofurfuril)acrilamida.
Também adequados são os géis baseados em N-isopropilacrilamida. Estes podem incluir N-isopropilacrilamida, 2-(dietilamino)etil metacrilato, 2-acrilamido-2-metil-l-propanossulfonacrilato, ácido acrílico,alquil metacrilato de acrilamida, bis-(4-dimetilamino)fenil)(4-vinilfenil)metil leucocianida,Concanavalin A (Iecitina), hexil metacrilato, laurilmetacrilato, ácido metacrílico, cloreto demetacrilamidopropiltrimetilamônio, n-butil metacrilato,poli(tetrafluoretileno), politetrametileno éter glicol,acrilato de sódio, metacrilato de sódio, vinil sulfonato desódio, e polimetilsiloxano terminado em vinila.
Também adequados são os géis baseados em N,N'-dietilacrilamida. Estes podem incluir N,N'-dietilacrilamida,cloreto de metiacrilamidopropiltrimetilamônio, éster de N-acriloxissuccinimida, N-terc-butilacrilamida, e metacrilatode sódio.
Os géis baseados em acrilato são também adequados. Estespodem incluir 2-dimetilaminoetil acrilato, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico, acrilamida,trialilamina, acrilato, acrilamida, metil metacrilato,divinilbenzeno, N,N-dimetilaminoetil metacrilato,poli(oxitetrametileno dimetacrilato), poli(2-hidroxietilmetacrilato), poli(2-hidroxipropil metacrilato), epolietileno glicol.
Também adequados são os géis baseados em váriosmonômeros. Estes podem incluir ácido acrílico, cloreto demetacrilamidopropiltrimetilamônio, colágeno,dipalmitoilfosfatidiletanolamina, poli[4-6-decadieno-l, 10-diolbis(n-butoxicarbonilmetil uretano)],poli[bis[aminoetóxi)etóxi]fosfazeno] ,poli[bis[ (butoxietóxi)etóxi]fosfazeno],poli[bis[etoxietóxi)etóxi]fosfazeno,poli[bis[metoxietóxi)etóxi]fosfazeno] ,poli[bis[metoxietóxi)fosfazeno], polidimetilsiloxano,polietileno óxido, poli(etileno-dimetilsiloxano-etilenoóxido), poli(N-acrilopirrolidina), poli[n,n-dimetil-N-[(metacriloiloxietil]-N-(3-sulfopropil)amônio bataína], ácidopolimetacrílico, polimetacroloil dipeptídeo, álcoolpolininilico, vinil acetato de álcool polivínilico, polivinilmetil éter, poli(n-acetiletileno imina) modificado porfurano, e poli(n-acetiletileno imina) modificado por imida de maleina.
Também adequados são os géis descritos nas patentes USNos. 4,555,344, 4,828,710, e pedido europeu EP N0 648,521 A2,que são aqui incorporados para referência.
É preferido que o catalisador seja combinado com NaBH4em uma única massa sólida, porque alguns dos catalisadores,por exemplo, sal de rutênio, podem interferir com a formaçãodo gel. Quando esta massa sólida é colocada em contato com ogel, água é liberada das ligações de hidrogênio, devido àpresença dos catalisadores ou NaBH4 ou ambos, e reage com oNaBH4 para formar borato de sódio e hidrogênio, NaBO2. Outrosfatores, tais como fatores ambientais, podem também afetar aformação de gel e/ou a habilidade de o material permanecer emforma de gel sem se dividir. Estes fatores incluem atemperatura, a pressão, e o pH.
Em um exemplo, 37 gramas de água destilada foramadicionados a 1 grama de poliacrilato de sódio obtido de umproduto do tecido da fralda para formar um gel de água, tendouma aparência translúcida. Um pélete sólido de 90% de NaBH4 e10% de RuCl3 (em peso) foi formado para criar o combustívelsólido, que tem uma cor preta. Uma quantidade de gel e umaquantidade de combustível sólido foram selecionadas de modoque a razão molar entre o reagente da água e o reagente deNaBH4 fosse aproximadamente 6:1. O pélete sólido foiintroduzido no gel e uma produção constante de hidrogênio foiobservada.
Substancialmente tudo ou todo o combustível sólido éreagido para formar hidrogênio sem nenhum sinal prontamentediscernível da formação de pele ou de casca, independente seo combustível sólido/catalisador permanece em contacto com ogel para a duração da reação, ou se o sólido do catalisador/combustível está em contato intermitentemente com o gel, istoé, o sólido do catalisador/combustível está ciclizando dentroe fora do contato com o gel. Além disso, foi observado que aparte do pélete sólido, que era preta devido ao RuCl3,espalha-se através do gel de água translúcido.
Como descrito acima, em uma reação convencional osubproduto de NaBO2 pode formar uma pele ou casca na massa docombustível sólido, desse modo impedindo que algumcombustível sólido encapsulado pela pele de NaBO2 reaja. Semser limitado por qualquer teoria particular, na presenteinvenção o hidrogênio produzido percola através da interfaceentre o reagente do gel e o reagente do combustível sólido eesta percolação pode esconder a formação da pele ou da casca.
Adicionalmente, uma vez que o NaBO2 é atraído também para-água para a ligação ou quelação e outra vez sem ser limitadoa qualquer teoria particular, a atração do subproduto deNaB02 para água é também maior do que a ligação de hidrogênioentre a água e o composto intumescível em água, insolúvel emágua, isto é, poliacrilato de sódio. Então, em vez de formara pele ou a casca, o subproduto de NaBO2 procura a água dogel para reagir, e conseqüentemente é menos provável que osubproduto de NaBO2 forme a pele ou casca. Isto é evidenciadopela observação que durante a reação algum combustível sólidopreto lixivia no gel translúcido.
Em outro aspecto da presente invenção, a taxa de águaque deixa o estado de gel é balanceada pela taxa de água quereage com NaBH4 e NaBO2, de modo que existe uma quantidadesuficiente de água disponível, conforme necessário, paraalimentar estas reações. A taxa de água que deixa o gel podeser determinada pela quantidade de catalisador e/ou NaBH4disponíveis para o gel, capacidade de o catalisador e/ouNaBH4 extrair a água para fora do gel, seleção do compostoformador de gel e seleção do catalisador, entre outrascoisas.
Do acordo com outro aspecto da presente invenção, umgerador de gás 10 é provido para gerar combustível dehidrogênio a partir do reagente de gel e massa decatalisador/NaBH4 sólido discutidos acima. Uma vantagemreversível de travar ou encapsular a água em um gel é que umcartucho, fonte de combustível ou gerador de hidrogêniousando este gel pode operar na posição invertida ou emqualquer direção, desde que a água não esteja em um estadolíquido.Como mostrado na figura 1, o gerador de gás 10compreende câmara de gel 12 contendo a composição água-geldescrita acima, designada pela referência numérica 14 daquiem diante. O gel 14 é fechado em um lado por uma tela 16 e umfiltro opcional 18, e no outro lado por uma tela 20. A tela20, que pode ser qualquer tipo de tela, filtro, ou materialimpermeável a liquido / permeável a gás conhecido na técnica,pode ser suportado por uma parede 22, como mostrado em maisdetalhes na figura IA. A parede 22 suporta a válvula 24, quenesta modalidade é preferivelmente uma válvula em bico depato. O bico de pato 24 é feito sob medido e calculado edimensionado para receber combustível sólido 26, que comodescrito acima compreende preferivelmente um combustível dehidreto de metal, tal como borohidreto de sódio, e umcatalisador, tal como sal de rutênio. O combustível sólido 26é anexado a um pistão de vedação móvel 28, que é enviesadopor uma mola 30 em direção ao combustível de gel 14.
Quando o combustível sólido 26 é colocado em contato comcombustível de gel 14, o gás hidrogênio é produzido epercolado através da tela 16 e do filtro opcional 16 para aválvula 32. Quando a válvula 32 é aberta, o gás étransportado fora do gerador 10 para uma célula decombustível (não mostrada) para a conversão em eletricidade.
Uma porção do gás produzido também percola através das telasopostas 20, de modo que a pressão criada pelo gás gerado écomunicada na câmara 34. Uma vez que o pistão 28 é seladoselando os membros 36, a pressão na câmara 34 é isolada paraformar a pressão na câmara 37 localizada no outro lado dopistão 28, de modo que a pressão na câmara 34 atue no pistão28 e seja oposta pela força da mola 30. As telas 20 igualam apressão na câmara de gel 12 à câmara 34. Se a pressão dentroda câmara de gel 12, onde a reação ocorre, for mais elevadado que um limite predeterminado, então a pressão atua nopistão 28 para empurrá-la contra a mola 30 para retirar ocombustível sólido 26 do reservatório de gel 12. Quando apressão dentro da câmara de gel 12 cai abaixo da pressãolimite, a mola 30 supera a pressão na câmara 34 paraintroduzir ou reintroduzir combustível sólido 26 noreservatório de gel 12. Devido ao equilíbrio entre a pressãona câmara 34 e a mola 30, haste de combustível sólido 26 podeser completamente inserida, parcialmente inserida oucompletamente introduzida no reservatório de gel 12. Quando aválvula 32 é fechada, a pressão excederia a pressão limite eo combustível sólido 26 seria retirado inteiramente.
Portanto, o gerador do gás é de auto-regulagem dependendo dapressão interna do gerador de gás 10.
O bico de pato 24, quando montado na orientação mostradana figura 1, pode vantajosamente limpar algum ou a maiorparte de combustível de gel do combustível sólido 26,enquanto é retirado, para minimizar a reação residual depoisque o combustível sólido é retirado. Alternativamente, comomostrado na figura 1B, o bico de pato 24 pode ser substituídopor limpadores 38. A tela 20 pode ser substituída porventilações ou por qualquer outro mecanismo de comunicação depressão. Enquanto somente duas telas 20 são ilustradas,vários mecanismos de comunicação de pressão podem ser usados.
Antes do primeiro uso pelos usuários, câmara 34 pode serpressurizada por um gás inerte para manter o combustívelsólido 26 separado do combustível de gel 14, ou pistão 28pode ser mantido em uma posição que separe o combustívelsólido 26 do combustível de gel 14 até que os usuários puxemuma aba ou um dispositivo similar para o pistão dedistribuição 28. A válvula 32 seria aberta então paradistribuir o gás gerado, e dependendo do volume de gás usado,o gerador de gás 10 auto-regula sua pressão interna, comodescrita acima, a nível predeterminado. O gerador de gás 10retarda ou pára a reação quando o uso do gás está baixo e apressão interna é elevada, ou permite a produção completaquando o uso do gás é elevado e a pressão interna é baixa.
Este nível predeterminado de pressão pode ser selecionadoselecionando a constante de mola da mola 30. Como seráreconhecido por aqueles versados na técnica, a mola 30 não élimitada a molas helicoidais, mas pode incluir outras molasmecânicas, tais como molas de torsão, gás pressurizado, ehidrocarbonetos liqüefeitos tais como butano ou propano.Adicionalmente, a força restaurativa fornecida na mola 30pode preferivelmente ser fornecida pela produção de gás insitu, como descrita em detalhe no Pedido de Patente US N02005/0266281 Al, que é aqui incorporado em sua totalidadepara referência.
Outro gerador de gás 40 adequado para uso com acomposição água-gel 14 da presente invenção é mostrado nafigura 2. Uma diferença entre o gerador de gás 40 e o geradorde gás 10 das figuras 1-1B, é que o gás gerado é, produzido outransportado ã célula de combustível a partir da câmara depressão 34, cuja pressão também atua no combustível sólido 26para permitir que o combustível sólido entre em contato comágua-gel 14 ou retire o combustível sólido do combustível deágua-gel. Também, o combustível sólido 26 pode ter uma oumúltiplas saliências que entram em contato com água-gel 14. 0combustível sólido mostrado nas figuras 1 e IB pode tambémter múltiplos pontos em contato com água-gel 14.
Similar ao gerador de gás 10, o combustível sólido 26 éinclinado pela mola 30 e a câmara de pressão 34 é vedada pelopistão 28 e pelos elementos de vedação 36 da câmara 37 atrásdo pistão 28, de modo que a pressão da câmara 34 possa serbalanceada pela mola 30. Quando a pressão na câmara depressão 34 excede um nível predeterminado, o combustívelsólido 26 é empurrado contra a mola 30 para retirar ocombustível sólido da água-gel 14 para diminuir ou parar aprodução do gás para minimizar ou parar um acúmulo de pressãoadicional na câmara 34. Quando a válvula 32 é aberta, o gásproduzido é transportado da câmara 34 à célula de combustívele a pressão da câmara 34 diminui, a mola 30 então empurra ocombustível sólido 26 em contato com água-gel 14 paraproduzir mais gás. Conforme a demanda para o gás produzidovariar, a pressão na câmara 34 também variará e a interaçãoentre esta pressão e a força da mola 30 controla a quantidadede contato entre o combustível sólido 26 e o combustível deágua-gel 14 para casar a produção de gás com a demanda para ogás. Quando a válvula 32 é fechada, a pressão da câmara 34aumenta acima da quantidade limite predeterminada e separa ocombustível sólido do combustível de água-gel.
No gerador de gás 40, o combustível de água-gel 14 écontido pela tela 42, que é calculada e dimensionada parapermitir que as saliências do combustível sólido 26 entrem eretirem de lá. Uma vez que o gel é viscoso ou tem a tensão desuperfície elevada, a tela 42 pode conter água-gel 14 dentroda câmara de gel 12.
Em uma modalidade alternativa, o gel de metanol pode serusado em vez de água-gel 14. 0 gel de metanol é conhecido efoi amplamente utilizado na indústria de fornecimento decomida como um combustível para aquecer alimentos.
A câmara de pressão 34 pode também ser fornecida com aválvula de escape 35 de modo que o gás produzido em excessopossa ser aliviado do gerador de gás 10, 40.
Alternativamente, um elemento de armazenamento de hidrogênio44 pode ser posicionado na câmara 34 dos geradores 10, 40e/ou em outras posições, por exemplo, dentro do filtro 18 oupróximo à válvula 32 do gerador 10 para absorver o hidrogênioem excesso.
Materiais de armazenamento de hidrogênio 44 incluem, masnão são limitados a, ligas do metal em pó ou metal em pó,conhecidas como metais/ligas absorventes de hidrogênio. Estesmetais ou ligas de metal são capazes de absorver o hidrogênioem alta pressão para formar hidretos de metal tais comoaqueles descritos nas patentes US Nos 4,600,525 e 4,036,944,que são aqui incorporadas para referência em suastotalidades. Metais de absorvência de hidrogênio 44 sãodiferentes de combustível sólido de hidreto de metal 14 (porexemplo, borohidreto de sódio) aqueles são não reagentes comágua ou metanol para produzir hidrogênio.
Metais absorventes de hidrogênio 44 absorvem hidrogêniopara formar hidretos de metal em uma reação exotérmica emalta pressão e liberar hidrogênio em uma reação endotérmicaem baixa pressão. Então, o metal/liga absorvente dehidrogênio pode submeter-se a ciclos de absorções dehidrogênio, por exemplo, em uma instalação de fabricação ourecarregamento, e desorções de hidrogênio, por exemplo, parauma célula de combustível para conversão em eletricidade.
Exemplos de metais absorvente de hidrogênio tipicamente naforma de pó incluem pentaníquel de lantânio (LaNi5) . Algunsmetais/ligas absorventes de hidrogênio adequados estãodisponíveis como hidretos de metal Solid-H™ de HydrogenComponents Inc. Os hidretos de metal Solid-H™ estãodisponíveis' 'em diversas classes. Todas as classes podemabsorver hidrogênio em ou próximo a temperatura ambiente e empressões de 1,03194 a 10,3194 kgf/cm2, 2,06388 - 3,09582kgf/cm2 ou 30,0702-3,159 kgf/cm2 e 8,25552- 0,38328 kgf/cm2 (1atmosfera = 1, 03194 kgf/cm2). A classe da liga que podeabsorver o hidrogênio em 2,06388 - 3,09582 kgf/cm2 ou 30,0702- 3,159 kgf/cm2 são preferidas, uma vez que esta é a escalada pressão nos geradores 10, 40 onde a absorção do hidrogênioé preferida.
O hidrogênio absorvido pode permanecer absorvido, oupode ser distribuído em uma pressão inferior e com a adiçãode calor. Por exemplo, o calor pode ser fornecido pela reaçãoexotérmica da reação de borohidreto de sódio com água.
Outros materiais absorventes de hidrogênio incluemNaAlH4 (alanato de sódio), PdH0,6, LaNi5H6, ZrV2H5)5, FeTiH2,Mg2NiH4 e TiV2H4, ou misturas dos mesmos. Outras ligasabsorventes de hidrogênio podem ser encontradas em site daWeb, http://hydpark.ca.sandia.gov, mantido pelo SandiaNational Laboratories como uma parte do International EnergyAgency (IEA) Hydrogen Agreement Task 12, como discutido emSandrock, G. & Thomas, G., The IEA/DOE/SNL, On-line HydrideDatabases, Appl. Phys. A72, 153-55 (2001). As ligasabsorventes de hidrogênio podem também ser misturadas com umapasta polimérica.
Enquanto as várias modalidades da presente invençãoforem descritas acima, deve-se compreender que foramapresentadas por ilustração e exemplo somente, e nãolimitação. Será aparente a pessoas versadas na técnicarelevante que as várias mudanças na forma e no detalhe podemser feitas na mesma sem se afastar do espirito e escopo dainvenção. Assim, a extensão e o escopo da presente invençãonão devem ser limitados por algumas das modalidadesexemplares descritas acima, mas devem ser definidos somentede acordo com as reivindicações anexas e seus equivalentes.
Também será compreendido que cada característica de cadamodalidade discutida aqui, e de cada referência mencionadaaqui, pode ser usada em combinação com as características dequalquer outra modalidade. Todas as patentes e publicaçõesdiscutidas aqui são aqui incorporadas para referência em suastotalidades.

Claims (13)

1. Composição de combustível capaz de produzirhidrogênio através de reação química para uso em célula decombustível, caracterizada pelo fato de que a composição decombustível compreende um reagente em gel, um reagente dehidreto de metal químico e um catalisador.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o reagente em gel compreendepolímero intumescível em água, insolúvel em água e água.
3. Composição, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que as moléculas de água sãoligadas a polímero intumescível em água, insolúvel em águapor ligações de hidrogênio.
4. Composição, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que o polímero intumescível emágua, insolúvel em água compreende poliacrilato de sódio.
5. Composição, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que o polímero intumescível emágua, insolúvel em água compreende poliacrilamida.
6. Composição, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o reagente de hidreto de metalquímico compreende borohidreto de sódio.
7. Composição, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o catalisador compreende salde rutênio.
8. Composição, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o catalisador é misturado oucombinado com hidreto de metal químico para formar umreagente sólido.
9. Gerador de gás adaptado para uso com composição decombustível, como definida na reivindicação 8, caracterizadopelo fato de compreender:uma câmara contendo reagente em gel e em que o reagentesólido é posicionado em uma plataforma inclinada e o reagentesólido é móvel em relação ao reagente em gel, em que oreagente em gel é espaçado da plataforma para formar umacâmara de pressão e em que o gás produzido a partir de umareação entre o regente em gel e o reagente de hidreto demetal cria uma pressão dentro da câmara de pressão, e quandoa pressão é mais elevada do que a pressão predeterminada oreagente sólido é movido para longe do reagente em gel equando a pressão é inferior a pressão predeterminada oreagente sólido é movido em direção ao reagente em gel.
10. Gerador, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o gás produzido é transportadoda câmara de pressão para a célula de combustível.
11. Gerador, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o gás produzido é transportadodo gerador de gás em uma localização afastada da câmara depressão para a célula de combustível.
12. Gerador, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender umliga/metal sorvente de hidrogênio para absorver excesso dehidrogênio.
13. Gerador de gás, caracterizado pelo fato de sercapaz de produzir hidrogênio através de uma reação deoxidação e contendo um reagente líquido e um hidreto de metalquímico, o gerador de gás compreende um liga/ metal sorventede hidrogênio para absorver excesso de hidrogênio.
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