CN101310397A - 燃料盒中的清除剂材料 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种可连接到燃料电池的燃料源(70)，包括至少一种接触燃料的材料。接触燃料的材料包含一化学组合物，该化学组合物含有氧清除剂、二氧化碳清除、过渡金属清除剂和干燥剂中的至少一种。接触燃料的材料可形成内燃料容器(14)、外壳(12)或阀(18)的至少一部分。

Description

燃料盒中的清除剂材料
技术领域
本发明总的来说涉及燃料电池的燃料源，更具体地本发明涉及在可抛弃式和可再填充的燃料盒中使用清除剂材料。
背景技术
燃料电池是一种将反应剂，如燃料和氧化物的化学能直接转换成直流(DC)电的设备。对于许多的应用场合来说，燃料电池比常规的发电装置如矿物燃料的燃烧以及便携式的电能存贮装置如锂离子电池具有更高的效率。
一般来讲，燃料电池技术中包括有多种不同类型的燃料电池，如碱性燃料电池、聚合物电解型燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融型碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。现今更重要的燃料电池可大致划分为几种类型，即：(i)采用压缩的氢(H2)作为燃料的燃料电池；(ii)质子交换膜(PEM)燃料电池，其采用的是醇类如甲醇(CH3OH)、金属氢化物如硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物或者是其它能转换成氢燃料的燃料；(iii)能够直接消耗非氢燃料的PEM燃料电池或者是直接氧化燃料电池；以及(iv)能在很高的温度下直接将碳氢化合物燃料转换成电力的固体氧化物燃料电池(SOFC)。
压缩的氢通常处于高压状态，因此其操作非常困难。此外，其通常需要很大的储罐，因此对于消费类电子设备而言无法做到足够小。常规的转换型燃料电池需要转换剂以及其它的蒸发和辅助系统来将燃料转换成氢从而与燃料电池中的氧化剂反应。最新的进展使转换剂或转换型燃料电池很有希望用于消费类电子设备。最常用的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或称DMFC。其它的直接氧化燃料电池包括直接乙醇燃料电池和直接原碳酸四甲酯燃料电池。SOFC在高热下转换碳氢化合物燃料如丁烷而产生电力。SOFC需要在1000℃范围内的相对高温来使燃料电池反应发生。
用来生产电力的化学反应对每一类燃料电池来说都是不同的。对于DMFC来说，每一个电极处的化学-电学反应以及直接甲醇燃料电池的总反应可描述如下：
阳极的半反应：    CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
阴极的半反应：    1.5O2+6H++6e-→3H2O
总燃料电池的反应：CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O
由于氢离子(H+)从阳极迁移到阴极穿过PEM，并且由于自由电子(e-)不能穿过PEM，因此电子流过外部电路，从而通过外部电路产生电流。该外部电路可用来给许多有用的消费类电子设备提供电力，如移动电话或蜂窝电话、计算器、个人数字助理、膝上电脑以及动力工具等。
美国专利号5,992,008和5,945,231均对DMFC进行了描述，这两篇专利以引用的方式全文并入这里。通常来讲，PEM由聚合物制成，如DuPont公司的Nafion
Figure A20068004249400061
或者是其它合适的膜，前者是厚度在约0.05mm到约0.5mm之间的全氟化磺酸聚合物。阳极通常由用聚四氟乙烯处理的碳纸制成，该碳纸是由一层很薄的催化剂如铂-钌沉积并支持。阴极通常是气体扩散电极，其中有铂颗粒粘接到该膜的一侧上。
在另一种直接氧化燃料电池中，硼氢化物燃料电池(DBFC)的反应如下：
阳极的半反应：    BH4-+8OH-→BO2-+6H2O+8e-
阴极的半反应：    2O2+4H2O+8e-→8OH-
在化学金属氢化物燃料电池中，通常重新形成硼氢化钠水溶液，反应如下：NaBH4+2H2O→(热或催化剂)→4(H2)+(NaBO2)。
阳极的半反应：    H2→2H++2e-
阴极的半反应：    2(2H++2e-)+O2→2H2O
适合于该反应的催化剂包括铂、钌以及其它的金属。在燃料电池中，转换的硼氢化钠与氧化剂如O2进行反应中生产氢燃料从而产生电(或者是电子流)和副产品水。该转换过程中还会产生副产品硼酸钠(NaBO2)。硼氢化钠燃料电池在美国专利号4,261,956中进行了描述，其以引用的方式全文并入这里。
然而仍需要对燃料盒中随着时间的推移形成的压力进行控制。
发明内容
本发明是涉及可连接到燃料电池的燃料源，该燃料源包括至少一种接触燃料的材料。在接触燃料的材料上可分布有氧清除剂、二氧化碳清除剂、过渡金属清除剂和/或干燥剂。
附图说明
本发明的上述和其他的特征以及优点将如附图中描绘的那样更明显地展示在以下描述中。这里并入的附图构成了说明书的一部分，进一步对发明原理进行解释并使相关领域的技术人员能够实现和使用本发明。
图1是具有多层壁的燃料盒和燃料电池的示意图。
具体实施方式
如附图及下面内容所详细描述的那样，本发明涉及燃料源，其存贮了燃料电池的燃料如甲醇、水、不同浓度的甲醇/水的混合物、甲基笼形包合物和类似物，例如，在美国专利号5,364,977和6,512,005 B2中描述的，这两篇专利在此经引用而全文并入。甲醇以及其他醇类可用在许多类型的燃料电池中，如DMFC、酶燃料电池和转换型燃料电池等。燃料源可包含其它类型的燃料电池燃料，如乙醇或其他醇类、金属氢化物如硼氢化钠、其他的能够转换成氢的化学物质、其它可提高燃料电池性能或效率的化学物质以及它们的组合。燃料还包括氢氧化钾(KOH)电解液，其通常用在金属或碱性燃料电池中，并能储存在燃料源中。对于金属燃料电池来说，燃料通常为载有金属(例如锌)颗粒的流体形式，其中的锌颗粒浸在KOH电解质反应溶液中，并且电池腔中的阳极通常是由金属(例如锌)颗粒所形成的颗粒阳极。在名称为“Method of Using FuelCell System Configured to Provide Power to One or More Loads”公开日为2003年4月24日的美国专利申请公开号US2003/0077493中描述了一种类型的KOH电解质溶液，该专利全文在这里以引用的方式并入。燃料还包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，其流过硅片上形成的催化剂从而发生燃料电池反应。并且，燃料还包括如在美国专利号6,554,877、6,562,497和6,758,871中所描述的甲醇、硼氢化钠、电解液以及其它化合物的共混物或混合物，这些专利文献的全文在这里以引用的形式并入。另外，燃料还可包括那些如在美国专利号6,773,470中描述的部分溶解和/或分散在溶剂中的组合物，以及如在美国已公开申请号2002/0076602中描述的混合的液体-固体燃料组合物。这些专利文献的全文在这里以引用的形式并入。
燃料还包括金属氢化物，如上述的硼氢化钠(NaBH4)和水。燃料还包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于如在名称为“Liquid Hereto-Interface Fuel CellDevice”及其公开日为2003年5月22日的美国已公开专利申请号US2003/0096150中所描述的丁烷、煤油、酒精、天然气和类似物等，该专利文献在此以引用的方式全文并入。燃料还包括能与燃料进行反应的液态氧化剂。因此，本发明并不限于某一类型的包含在燃料源中或燃料电池系统中使用的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液或者液体或固体。这里所用的术语“燃料”包括所有的能用于燃料电池中或燃料源中进行反应的燃料，并且其包括但不限于上面所有合适的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液、气体、液体、固体和/或化学物质以及它们的混合物和反应产物。当然，燃料也包括氢。
这里所用的术语“燃料源”包括但不限于可抛弃式盒、可再填充/重复使用的盒、容器、置于电子设备内部的盒、可拆除的盒、置于电子设备外部的盒、燃料筒、燃料充填筒、其它的能够保存燃料的容器，以及与燃料筒和容器相连的管子。尽管以下对盒的描述是结合本发明的实施例进行的，但需要注意的是这些实施例也可用于其它的燃料源，并且本发明并不限于某一特定类型的燃料源。
本发明的燃料源也可用作存储通常不在电化学燃料电池使用的化合物(通常为燃料)。这些非电化学燃料电池的应用包括但不限于，为在硅芯片上构建的微燃气涡轮发动机存储氢和氢燃料，如发表在The Industrial Physicist 2001年12月/2002年1月)，第20-25页中的“Here Come the Microengines，”的一文中进行了讨论。在本申请中使用的术语“燃料电池”也可包括微型发动机。其他非电化学燃料电池的应用可包括储存用于内部燃烧发动机的传统燃料以及储存用于如口袋型点火器及点火枪的碳氢化合物如丁烷和液态丙烷。
参见图1，燃料盒70包括一外筒，外壳或外套12，和一装有燃料的内燃料容器或内囊14。燃料容器14置于外壳12内，和空间15被定义为在外壳12和内燃料容器14之间的区域。内燃料容器14是优选地为柔软并具有弹性，这样衬套14内的体积随燃料转移出衬套而减小。外壳12还包括一喷嘴16，其内容纳有一与衬套14流体连接的截止阀18。喷嘴16经装配而连接到燃料电池或填充燃料容器/盒上。燃料(如CH3OH+H2O)通过其他方式泵出或流出喷嘴16，在膜电极组件(MEA)处可选择地与O2反应。由MEA产生的二氧化碳和水(CO2+H2O)可在进入喷嘴72处被泵送回盒70。CO2和过量的H2O副产物至少在一开始可储存在外壳12和内衬套14间的空间15内。由于由燃料电池反应形成的CO2和H2O的体积可大于一般尺寸的盒可储存的体积，故盒70还包括至少一个出口安全阀74。由于CO2为气态(并且至少一部分水是以水蒸气形式存在)，故CO2和H2O副产物也可不需泵吸而流回盒中。喷嘴16和72可置于盒内任何位置，两者也可相互同轴放置。CO2和过量的H2O副产物也可排放到大气中。
这样的燃料盒的设计以及其他适合的燃料盒的设计在题为“Fuel Cartridgewith Flexible Liner”，提交于2003年7月29日的共有且共同审查的美国专利申请号10/629,004中作了披露。该申请在此经引用而全文并入。本发明涉及的是在燃料盒中带有燃料衬套(囊)或未带燃料衬套(囊)的燃料盒。燃料衬套的内表面通常是接触燃料的表面。然而，当未带燃料衬套时，盒的外壳的内表面通常是接触燃料的表面。
已观察到在用甲醇填充之后以及在消耗燃料之前，燃料衬套和/或燃料盒的蒸气压通常随时间推移而增加。对燃料囊肿的蒸气的分析表明，气体成分包括空气，水蒸气，二氧化碳，和氢。
考虑到总的直接甲醇燃料电池反应，
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O
本发明可有助于尽可能地减少燃料衬套和燃料盒中增加的内压。并不局限于理论，减小DMFC中内压的机制包括：通过加入一些物质来捕获，除去(反应)，或防止反应性气体，反应催化剂，和/或其他增加内压的化合物的形成，这些物质例如是：(a)适合的氧清除剂，(b)适合的二氧化碳清除剂，(c)适合的过渡金属清除剂，(d)适合的干燥剂水，或(e)这些物质的组合。这些清除剂和/或干燥剂可方便地结合到阀，燃料管线或外壳中，并最好与燃料形成物理接触(例如，在形成燃料管线和/或外壳的材料中，在与燃料呈物理接触的燃料管线和/或外壳的一个或多个表面上，或者在不与燃料呈物理接触的燃料管线和/或外壳的一个或多个表面上，此时，活性气体和/或反应催化剂可暴露于或渗透到该一个或多个表面)。
氧清除剂作为水的添加剂在食品加工业中用于产生蒸汽。例如参见“有机食品加工系统中的蒸汽的生成”(Steam Generation in Organic Food ProcessingSystems)一文，该文可通过互联网链接http://www.ams.usda.gov/nop/NationalList/TAPReviews/backgroundpaper.pdf获得。非限制性的氧清除剂的例子包括亚硫酸钠(Na2SO3)、与如催化剂组合的乙二胺四乙酸(EDTA)(C10H16N2O8)和次氮基三乙酸(NTA)(C2HNO2)。其他的氧清除剂的例子包括但不限于，抗坏血酸(C6H8O6)，柠檬酸(C6H8O7)和焦酚，其也称为1，2，3-三羟基苯或焦棓酸(C6H6O3)。例如参见“焦酚[87-66-1]毒理学文献综述”(Pyrogallol[87-66-1]Review of Toxicological Literature)一文，该文可通过互联网链接http://ntp.niehs.nih.gov/index.cfm？objectid＝03DB78BD-C460-35EC-14052981B9E BFF23获得。这些文献的内容在此经引用而全文并入。
另一个非限制性例子包括在囊或盒上的氧清除涂层(例如在美国专利号6,333,087中的揭露，该专利在此经引用而全文并入)，该涂层可包括但不限于，可氧化的聚合物、烯化不饱和聚合物、苄基聚合物、烯丙基聚合物、聚丁二烯、聚[乙烯-丙烯酸甲酯-环己烯丙烯酸酯]三元共聚物、聚[乙烯-乙烯基环己烯]共聚物、聚β-蒎烯、聚α-蒎烯、聚柠檬烯树脂和其组合或共聚物。在一种实施方式中，氧清除剂可进一步含有一聚合骨架、环状烯族侧基和将环状烯族侧基连接到聚合骨架上的连接基团。
在一种实施方式中，聚合骨架可由烯族单体如乙烯、其他的乙烯基单体如苯乙烯、和其组合或共聚物形成。在一种优选的实施方式中，氧清除材料可结合到外壳或衬套中作为含清除剂的膜/层。在另一种实施方式中，氧清除材料可以通过如粘结剂或类似物等而附着在容器内表面的带状形式存在。在另一种实施方式中，氧清除材料可以盒或衬套的内表面层的形式存在。
环状烯族侧基的例子可包括但不限于具有结构(I)的物质：
Figure A20068004249400111
其中q1、q2、q3、q4和r可独立地为-H、-CH3和/或-C2H5；且m可包括-(CH2)n-，n为0～4的整数；且当r为-H时，q1、q2、q3和q4中的至少一者也是-H。
连接基团的例子包括但不限于：-(C＝O)-O-(CHR)n- -O-(CHR)n-、-NH-(CHR)n-、-O-(C＝O)-(CHR)n-、-(C＝O)-NH-(-CHR)n-和/或-(C＝O)-O-CHOH-CH2-O-；其中R是氢或C1-C4烷基，且n可以是1～12范围内的整数。
根据本发明的氧清除剂可进一步含有其他的组分，例如光引发剂(其可进一步促进和/或控制氧清除性能)、抗氧化剂(其可防止在过程中过早发生氧化)和类似物等，以及它们的组合。
如果氧清除剂中含有光引发剂，则适合的例子包括但不限于，二苯甲酮、间甲氧基二苯甲酮、二苯甲酰联苯、取代的二苯甲酰联苯、苯甲酰化的三联苯、取代的苯甲酰化的三联苯、三苯甲酰三苯基苯、取代的三苯甲酰三苯基苯、苯甲酰化的苯乙烯低聚物(含有2～12个重复苯乙烯基的化合物的混合物，包括二苯甲酰化的1，1-二苯基乙烷、二苯甲酰化的1，3-二苯基丙烷、二苯甲酰化的1-苯基萘、二苯甲酰化的苯乙烯二聚体、二苯甲酰化的苯乙烯三聚体以及三苯甲酰化的苯乙烯三聚体)、取代的苯甲酰化的苯乙烯低聚物、苯乙酮、邻甲氧基苯乙酮、苯乙酮，甲基乙基酮、苯戊酮、苯己酮、α-苯基-苯丁酮、对吗啉基苯丙酮、二苯并环庚酮、4-吗啉基苯甲酮、苯偶姻、苯偶姻甲醚、4-邻-吗啉基脱氧苯偶姻、对双乙酰苯、4-氨基苯甲酮、4′-甲氧基苯乙酮、取代的和未取代的蒽醌、α-四氢萘酮、9-乙酰基菲、2-乙酰基菲、10-噻吨酮、3-乙酰基菲、3-乙酰基吲哚、9-芴酮、1-茚酮、1，3，5-三乙酰基苯、噻吨-9-酮、呫吨-9-酮、苯绕蒽酮、苯偶姻四氢吡喃基醚、4，4′-双(二甲基氨基)苯甲酮、1′-萘乙酮、2′-萘乙酮、萘乙酮和2，3-丁二酮、苯并蒽-7，12-二酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、α，α-二乙氧基-苯乙酮、α，α-二丁氧基苯乙酮、那些光引发剂如在美国专利号6,139,770中公开的具有至少两个取代的(如包括卤素或具有1～24个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、苯氧基或脂环基)或未取代的苯甲酮基团等，以及类似物和其组合。还可额外采用产生单线态氧的光引发剂如孟加拉玫瑰红(Rose Bengal)、亚甲蓝和四苯基膦作为光引发剂。聚合光引发剂可包括聚(乙烯-一氧化碳)和低聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]-丙酮]。当使用光引发剂时，通常可更快和/或更有效地引发氧清除性能的体现。
可在清除组合物中加入抗氧化剂，起到例如对化合和成形期间组分降解进行控制的作用。这里定义的抗氧化剂包括任何抑制氧化降解和/或聚合物交联的材料。通常，这些抗氧化剂被加入到聚合物树脂中以促进聚合材料的加工和/或延长它们的使用寿命。适用于本发明的抗氧化剂的例子可包括但不限于，维生素E(生育酚)及其衍生物，那些以商品名Irganox如Irganox1010销售的产品、2，6-二(叔丁基)-4-甲基-苯酚(BHT)、2，2′-亚甲基-双(6-叔丁基-对甲酚)、亚磷酸三苯酯、三-(壬基苯基)亚磷酸酯、四-双亚甲基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸酯甲烷、硫代二丙酸二月桂酯等和类似物以及其组合物。
氧清除组合物还可包含光引发剂。适合的光引发剂是本领域技术人员所熟悉的。具体的例子包括但不限于苯甲酮，邻甲氧基苯甲酮，苯乙酮、邻甲氧基苯乙酮、苊醌、甲基乙基酮、苯戊酮、苯己酮、α-苯基-苯丁酮、对吗啉基苯丙酮、二苯并环庚酮、4-吗啉基苯甲酮、苯偶姻、苯偶姻甲醚、4-邻-吗啉基脱氧苯偶姻、对双乙酰苯、4-氨基苯甲酮、4′-甲氧基苯乙酮、α-四氢萘酮、9-乙酰基菲、2-乙酰基菲、10-噻吨酮、3-乙酰基菲、3-乙酰基吲哚、9-芴酮、1-茚酮、1，3，5-三乙酰基苯、噻吨-9-酮、呫吨-9-酮、苯绕蒽酮、苯偶姻四氢吡喃基醚、4，4′-双(二甲基氨基)-苯甲酮、1′-萘乙酮、2′-萘乙酮、萘乙酮和2，3-丁二酮、苯并蒽-7，12-二酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、α，α-二乙氧基-苯乙酮、和α，α-二丁氧基苯乙酮等。还可额外采用产生单线态氧的光引发剂如孟加拉玫瑰红(RoseBengal)、亚甲蓝和四苯基膦作为光引发剂。聚合光引发剂可包括聚(乙烯-一氧化碳)和低聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]-丙酮]等。
氧清除剂的另一例包括二苯酮，如在美国专利号6,607,795中讨论的，该物质对进一步氧化和水解稳定。此专利在此经引用而全文并入。因此，这类氧清除剂是无毒的，可用作食品添加剂且不会产生味觉和嗅觉上的不良影响。参见“Tasteless Oxygen Scavenging Polymers：A New Platform Technology For FoodPackaging Based on Controlled Oxidation，2001 and Beyond，”Oxygen ScavengingPolymers Conference，第1-8页。
在另一种实施方式中，氧清除材料可包括具有含有亚甲基双(4-[官能]苯基)基团重复单元的聚合的双酚A类似物、过渡金属氧化催化剂和最大电磁辐射吸收波长在约200nm到约750nm的光引发剂，其中[官能]基团可独立地为(或经反应形成)-O-、-C(＝O)O-、-NH-、-NHC(＝O)-、-NHC(＝O)O-和-NR-基，且其中R可以是氢或C1-C6烷基。
已观察到带有亚甲基双(4-[官能]苯基)基团的聚合双酚A类似物能够清除氧，因此除其他用途外，其可用于氧清除或活性氧屏障包装应用中。并不局限于任何理论，可以认为带有亚甲基双(4-[官能]苯基)基团的聚合物可通过亚甲基部分氧化形成羰基部分而得到二苯基酮重复单元，如羰基双(4-[官能]苯基)基团而清除氧。并不局限于任何理论，可以认为酮对进一步的氧化和水解是非常稳定的。所以氧清除事件并未导致聚合物中发生大规模碎裂。这一点与现有技术形成了对比。现有技术一般报道氧化导致聚合物结构更易受进一步氧化和水解的影响，从而产生碎裂和生成挥发性组分。
在另一种实施方式中，氧清除材料可包括含羰基双(4-[官能]苯基)基团和脂肪或芳香烃或取代的烃基，优选为C2-C12的烃或取代的烃的重复单元。“取代的烃”是指含有一个或多个杂原子，包括但不限于氧、氮、硅和卤素的烃。在优选的实施方式中，[官能]苯基可以独立地为(或经反应形成)-O-、-C(＝O)O-、-NHC(＝O)-或-NHC(＝O)O-基团。例如，聚缩甲醛是优选的聚醚。
在又一实施方式中，氧清除材料可包括羰基双(4-[官能]苯基)(“羰基”)基团重复单元和亚甲基双(4-[官能]苯基)基团重复单元，其中的羰基与亚甲基的比例如是约1∶99mol％到约99∶1mol％。在另一种实施方式中，羰基与亚甲基重复单元的比例可以是约40∶60mol％到约60∶40mol％。
当与一种或多种前述聚合物一同使用时，过渡金属氧化催化剂不应起到燃料电池反应的催化剂的作用。当存在过渡金属氧化催化剂时，其可方便迅速地在至少两个氧化状态之间互变。当过渡金属氧化催化剂存在时，其通常是以盐的形式出现，而过渡金属是选自元素周期表中第一、二或三过渡系列。适合的过渡金属包括但不限于锰、铁、钴、镍、铜、铑以及它们的组合。过渡金属在引入时的氧化态不必为活性形式。过渡金属可优选为铁、镍、锰、钴或铜，更优选的是锰或钴，最优选的是钴。
过渡金属盐的适合的反离子包括但不限于氯化物、乙酸盐、油酸盐、硬脂酸盐、棕榈酸盐、2-乙基己酸盐、新癸酸盐或环烷酸盐，优选为C1-C20的链烷酸盐。如果使用过渡金属盐，则特别优选地包括油酸钴、硬脂酸钴、2-乙基己酸钴和新癸酸钴。
如果使用过渡金属氧化催化剂，则其用量通常可在氧清除组合物的约0.001％到约1％(约10到约10,000ppm)，这一比例仅基于金属成分(不包括配体，反离子等)。
其他适合的氧清除剂可包括但不限于：(a)镍金属(例如在美国专利号6,744,235中描述的，该专利经引用全文并入)，例如以镍金属泡沫、镍线或镍网的形式；(b)有机金属配合物，包括但不限于以上描述的过渡金属氧化催化剂、血色素中的天然Fe-卟啉和合成的“围栏”Fe-卟啉；(c)聚合物共混物，例如聚酯-尼龙混合物如OXBAR系统(包括MXD6尼龙与PET在约5％水平的熔融共混物，其中也包括加入的低浓度的如少于200ppm的催化剂如钴盐，其被认为是用于引起MXD6的氧化；参见美国专利号6,083,585，该专利经引用全文并入；另参见“Smart Packaging-Intelligent Packaging for Food，Beverages，Pharmaceuticals and Household Products，”一文，可通过互联网链接获得，http://www.azom.com/details.asp？ArticleID＝2152)，该文引用全文并入；以及上述物质的组合。
二氧化碳清除剂可包括但不限于，氢氧化锂(LiOH)、环己胺、乙醇胺(C2H7NO)、二乙基氨基乙醇(DEAE)(C6H15NO)和吗啉(C4H9NO)。可用作二氧化碳清除剂的胺的其他例子可在Atofina写的“Global Supplier of Amines andAmine Technology”中找到，可通过互联网链接www.e-organicchemicals.com/thio/tds/499.pdf获得，该文引用全文并入。
过渡金属清除剂可包括但不限于官能化的含硅化合物，例如那些可由Silicycle of Quebec City，魁北克(Quebec)，加拿大(Canada)获得的商业产品(见下表1)。
Figure A20068004249400161
可被这些清除剂结合和/或使其失去活性的过渡金属包括，钯(II)、钯(0)、锡、锌、铅、镍(II)、镍(0)、铂、铜、镉、钴、铑、钌、银和汞。参见“MetalScavenger Selection Guide”，可通过互联网链接htrp://www.silicycle.com/html/english/products/product line.php？cat id＝15获得，该文引用全文并入。
对于Zr和其他金属，可使用以商品名CombiZorb S(可由AgilentTechnologies of Wilmington，DE商业获得)销售的清除剂。参见“Use ofReaction Scavengers to Speed Synthesis and Bioactivity Screening in DrugDevelopment”，可通过互联网链接http://www.iscpubs.com/articles/abl/b0008sza.pdf获得，该文引用全文并入。
水清除剂或干燥剂可被用于结合燃料囊中的水和/或使其失去活性。最常用的干燥剂是硅胶，其包含二氧化硅(SiO2)。硅胶能够吸收多达其自身重量约40％或更多的水分。参见“Types of Desiccants”，可通过互联网链接http://waltonfeed.com/grain/faqs/ivd2.html获得，该文引用全文并入。
干燥剂的其他例子包括但不限于，蒙皂石粘土(例如皂石、锂蒙脱石、云母、斑脱土、绿脱石、贝得石、富铬绿脱石、magadite、水羟硅钠石和类似物等)，以及层状的页硅酸盐粘土(Strunz分类VIII/H或Dana分类71)例如蛭石，蒙脱石和类似物等。蒙脱石干燥剂在77°F和40％的相对湿度下能够吸收多达其自身重量约25％的水蒸气。在一些实施方式中，特别是当粘土干燥剂存在于聚合衬套或囊中时，粘土(如蒙脱石)可经改性而呈现在有机层表面，这样聚合材料可插入和/或剥落粘土晶体。插入的和/或剥落的粘土不仅作为干燥剂的有效性得到增加，而且也可作为屏障剂减少蒸气(例如空气，水，二氧化碳等)通过构成衬套/囊的聚合材料的渗透性。这类改性的粘土可由许多公司获得，这些公司包括Nanocor，Inc.、Southern Clay Products、Kunimine Industries，Ltd.和Rheox。例如参见美国专利号6,387,996，该专利在此经引用而全文并入。
干燥剂的另一个例子是氧化钙(CaO)或“生石灰”，这是一种强吸收剂。它将吸收多达其自身重量28％的水分，但与其他干燥剂不同的是不会在几小时内吸收而是慢慢地在几天内吸收。干燥剂的另一个例子包括以商品名“Drierite”销售的硫酸钙(CaSO4)，这是一种天然矿物质。它是通过石膏的可控脱水而生产的。它在化学上是稳定的，且不会立即释放吸收的水分，并具有可吸收其自身重量约10％的水分的能力。
其他的干燥剂的非限制性例子包括硫酸镁和五氧化二磷(P2O5)。
根据本发明可使用的其他化学组成包括碘。
需要注意的是多数聚合树脂材料，例如那些可形成燃料衬套/囊、外筒/壳、喷嘴或燃料电池盒的任何其他组件的材料，它们可含有低浓度的具有上述揭示的任何清除剂特征的化学组成(例如，抗氧化剂通常作为聚合制品加工中的加工助剂被添加以减小与升高的加工温度相关的氧化倾向)。然而，当在形成燃料电池的聚合组件过程中加入本发明的清除剂，而这类化学组成又已经存在时，应当理解的是本发明的清除剂是在已存在的化学物质浓度的基础之上额外添加的，从而得到的浓度大于为达到这种化学物质在聚合组件中的原始目的所必需的浓度。例如，当用含一定浓度抗氧化剂的聚合树脂材料形成燃料衬套/囊，并根据本发明需要加入额外的抗氧化剂作为清除剂材料时，所得在聚合衬套/囊中的抗氧化剂的总浓度有必要(优选为明显)大于为防止或抑制与加工相关的氧化所需的浓度。这样，具有清除剂特征的化学组成的总浓度通常会超过(例如可以是两倍或更高)之前存在的与这些化学物质的原始目的相关的浓度(例如总的清除剂含量通常超过，优选明显超过作为加工助剂而已经存在的抗氧化剂的含量)。
在一种实施方式中，可在聚合树脂被加工成燃料电池组件之前向其中加入一种或多种清除剂，基于聚合树脂重量，加入的清除剂的量在约1重量％到约20重量％，例如从约2重量％到约15重量％。在另一种实施方式中，可在聚合树脂被加工成燃料电池组件之前向其中加入一种或多种清除剂。基于聚合树脂以及任何存在于其中作为加工助剂的总重量，加入的清除剂的量在约0.5重量％到约18重量％，但不包括任何作为加工助剂的量，例如从约1重量％到约15重量％，但不包括任何作为加工助剂的量。
尽管这里揭露的本发明的示例性的实施方式显然达到了本发明的目的，但应当认识到本领域技术人员可由本发明作出各种改进和提出其他的实施方式。并且，任何实施方式中的特征和/或元件均可单独使用或与其他实施方式结合使用。因此，应当理解的是，后附的权利要求旨在覆盖所有这些在本发明精神和范围内的更改和实施方式。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种可连接到燃料电池的燃料源，包括至少一种接触燃料的材料，其中该接触燃料的材料减小燃料源内的蒸气压力，并包含化学组合物，该组合物包含氧清除剂、二氧化碳清除剂、过渡金属清除剂、和干燥剂中的至少一种。
2.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料形成内燃料容器的至少一部分。
3.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料形成外壳的至少一部分。
4.权利要求2的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料进一步形成外壳的一部分。
5.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂和二氧化碳清除剂。
6.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂和干燥剂。
7.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂、二氧化碳清除剂和干燥剂。
8.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂、二氧化碳清除剂、过渡金属清除剂和干燥剂。
9.权利要求1的燃料源，其中存在氧清除剂和该氧清除剂含有亚硫酸钠、乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、抗坏血酸、柠檬酸、焦棓酸、肼、微小地磨碎的潮湿的氧化亚铁和钾的混合物、镍金属、过渡金属盐、Fe-卟啉、二苯基酮、聚合双酚A类似物、聚二苯基酮、聚对苯二甲酸乙二酯和聚间二甲苯己二胺的共混物、可氧化的聚合物、烯化不饱和聚合物、苄基聚合物、烯丙基聚合物、聚丁二烯、聚[乙烯-丙烯酸甲酯-环己烯丙烯酸酯]三元共聚物、聚[乙烯-乙烯基环己烯]共聚物、聚柠檬烯树脂、聚β-蒎烯、聚α-蒎烯、聚缩甲醛、以及聚合骨架、环状烯族侧基和将烯族侧基连接到聚合骨架上的连接基团的组合。
10.权利要求1的燃料源，其中存在二氧化碳清除剂和该二氧化碳清除剂包含氢氧化锂、环己胺、乙醇胺、二乙基氨基乙醇、吗啉或其组合。
11.权利要求1的燃料源，其中存在过渡金属离子清除剂和该过渡金属离子清除剂包含Si-三胺、Si-二胺、Si-硫醇、Si-TAAcOH，、Si-TAAcONa，、Si-硫脲、Combizorb S或其组合。
12.权利要求1的燃料源，其中存在干燥剂和该干燥剂包含硅石、硅胶、硅酸镁铝、氧化钙、硫酸钙、硫酸镁、五氧化磷、蒙脱石粘土、层状硅酸盐粘土、有机改性的粘土、插层粘土、剥落粘土或其组合。
13.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有碘。
14.权利要求2的燃料源，其中接触燃料的材料至少是在内燃料容器内或其表面上。
15.权利要求3的燃料源，其中接触燃料的材料至少是在外壳内或其表面上。
16.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料形成阀的一部分。
17.权利要求9的燃料源，进一步包含至少一种光引发剂。
18.权利要求17的燃料源，其中光引发剂选自由二苯甲酮、间甲氧基二苯甲酮、二苯甲酰联苯、取代的二苯甲酰联苯、苯甲酰化的三联苯、取代的苯甲酰化的三联苯、三苯甲酰三苯基苯、取代的三苯甲酰三苯基苯、苯甲酰化的苯乙烯低聚物、取代的苯甲酰化的苯乙烯低聚物、苯乙酮、邻甲氧基苯乙酮、苯乙酮、甲基乙基酮、苯戊酮、苯己酮、α-苯基-苯丁酮、对吗啉基苯丙酮、二苯并环庚酮、4-吗啉基苯甲酮、苯偶姻、苯偶姻甲醚、4-邻-吗啉基脱氧苯偶姻、对双乙酰苯、4-氨基苯甲酮、4′-甲氧基苯乙酮、取代的和未取代的蒽醌、α-四氢萘酮、9-乙酰基菲、2-乙酰基菲、10-噻吨酮、3-乙酰基菲、3-乙酰基吲哚、9-芴酮、1-茚酮、1，3，5-三乙酰基苯、噻吨-9-酮、呫吨-9-酮、苯绕蒽酮、苯偶姻四氢吡喃基醚、4，4′-双(二甲基氨基)苯甲酮、1′-萘乙酮、2′-萘乙酮、萘乙酮和2，3-丁二酮、苯并蒽-7，12-二酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、α，α-二乙氧基-苯乙酮、α，α-二丁氧基苯乙酮、孟加拉玫瑰红、亚甲蓝、四苯基膦、聚(乙烯-一氧化碳)和低聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]-丙酮组成的组。
19.权利要求9的燃料源，进一步包含至少一种抗氧化剂。
20.权利要求19的燃料源，其中抗氧化剂选自由2，6-二(叔丁基)-4-甲基苯酚、2，2′-亚甲基-双(6-叔丁基-对甲酚)、亚磷酸三苯酯、三-(壬基苯基)亚磷酸酯、维生素E、四-双亚甲基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸酯甲烷和硫代二丙酸二月桂酯组成的组。

Claims (16)

1.一种可连接到燃料电池的燃料源，包括至少一种接触燃料的材料，其中该接触燃料的材料包含一化学组合物，该化学组合物包含氧清除剂、二氧化碳清除剂、过渡金属清除剂和干燥剂中的至少一种。
2.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料形成内燃料容器的至少一部分。
3.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料形成外壳的至少一部分。
4.权利要求2的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料进一步形成外壳的一部分。
5.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂和二氧化碳清除剂。
6.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂和干燥剂。
7.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂、二氧化碳清除剂和干燥剂。
8.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有氧清除剂、二氧化碳清除剂、过渡金属清除剂和干燥剂。
9.权利要求1的燃料源，其中存在氧清除剂且该氧清除剂含有亚硫酸钠、乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、抗坏血酸、柠檬酸、焦棓酸、肼、微小地磨碎的潮湿的氧化亚铁和钾的混合物、镍金属、过渡金属盐、Fe-卟啉、二苯甲酮、间甲氧基二苯甲酮、二苯甲酰联苯、取代的二苯甲酰联苯、苯甲酰化的三联苯、取代的苯甲酰化的三联苯、三苯甲酰三苯基苯、取代的三苯甲酰三苯基苯、苯甲酰化的苯乙烯低聚物、二苯甲酰化的1，1-二苯基乙烷、二苯甲酰化的1，3-二苯基丙烷、二苯甲酰化的1-苯基萘、二苯甲酰化的苯乙烯二聚体、二苯甲酰化的苯乙烯三聚体、三苯甲酰化的苯乙烯三聚体、取代的苯甲酰化的苯乙烯低聚物、苯乙酮、邻甲氧基苯乙酮、苯乙酮、甲基乙基酮、苯戊酮、苯己酮、α-苯基-苯丁酮、对吗啉基苯丙酮、二苯并环庚酮、4-吗啉基苯甲酮、苯偶姻、苯偶姻甲醚、4-邻-吗啉基脱氧苯偶姻、对双乙酰苯、4-氨基苯甲酮、4′-甲氧基苯乙酮、取代的和未取代的蒽醌、α-四氢萘酮、9-乙酰基菲、2-乙酰基菲、10-噻吨酮、3-乙酰基菲、3-乙酰基吲哚、9-芴酮、1-茚酮、1，3，5-三乙酰基苯、噻吨-9-酮、呫吨-9-酮、苯绕蒽酮、苯偶姻四氢吡喃基醚、4，4′-双(二甲基氨基)苯甲酮、1′-萘乙酮、2′-萘乙酮、萘乙酮和2，3-丁二酮、苯并蒽-7，12-二酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、α，α-二乙氧基-苯乙酮、α，α-二丁氧基苯乙酮、孟加拉玫瑰红、亚甲蓝、四苯基膦、2，6-二(叔丁基)-4-甲基-苯酚、2，2′-亚甲基-双(6-叔丁基-对甲酚)、亚磷酸三苯酯、三-(壬基苯基)亚磷酸酯、维生素E、四-双亚甲基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸酯甲烷、硫代二丙酸二月桂酯、二苯基酮、含有可氧化的聚合物的聚合组分、烯化不饱和聚合物、苄基聚合物、烯丙基聚合物、聚丁二烯、聚[乙烯-丙烯酸甲酯-环己烯丙烯酸酯]三元共聚物、聚[乙烯-乙烯基环己烯]共聚物、聚柠檬烯树脂、聚β-蒎烯、聚α-蒎烯、聚缩甲醛、含有环状烯族侧基的聚合物、聚(乙烯-一氧化碳)、低聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]-丙酮]、聚合双酚A类似物、聚二苯基酮、聚对苯二甲酸乙二酯、己二酸-间亚二甲苯基二胺尼龙聚合物、或其共聚物、或其组合或反应产物。
10.权利要求1的燃料源，其中存在二氧化碳清除剂和该二氧化碳清除剂包含氢氧化锂、环己胺、乙醇胺、二乙基氨基乙醇、吗啉或其组合。
11.权利要求1的燃料源，其中存在过渡金属离子清除剂和该过渡金属离子清除剂包含Si-三胺、Si-二胺、Si-硫醇、Si-TAAcOH，、Si-TAAcONa，、Si-硫脲、Combizorb S或其组合。
12.权利要求1的燃料源，其中存在干燥剂和该干燥剂包含硅石、硅胶、硅酸镁铝、氧化钙、硫酸钙、硫酸镁、五氧化磷、蒙脱石粘土、层状硅酸盐粘土、有机改性的粘土、插层粘土、剥落粘土或其组合。
13.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料含有碘。
14.权利要求2的燃料源，其中接触燃料的材料至少是在内燃料容器内或其表面上。
15.权利要求3的燃料源，其中接触燃料的材料至少是在外壳内或其表面上。
16.权利要求1的燃料源，其中至少一种接触燃料的材料形成阀的一部分。
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