JP2008502119A

JP2008502119A - 燃料消費剤

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Publication number: JP2008502119A
Application number: JP2007527164A
Authority: JP
Inventors: スチュアート、エム．デイビス
Original assignee: ザジレットカンパニー
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2008-01-24
Also published as: BRPI0418901A; CN1965432A; ATE461534T1; EP1771908A1; WO2006001789A1; DE602004026117D1; EP1771908B1

Abstract

電気化学電池システム（３６）であって、燃料電池（１０）と、該燃料電池が、第１外部表面と、燃料電池ハウジングの第１内容積を画定する第１内部表面とを有する燃料電池ハウジング（１２）と、前記第１内容積の中に配置された陰極、陽極、及び電解質とを備えてなり、前記燃料電池に接続された燃料カートリッジ（３８）と、該カートリッジが、第２外部表面と、カートリッジハウジングの第２内容積（３９）を画定する第２内部表面とを有するカートリッジハウジング（４４）を備えてなり、前記第２内容積（３９）が、燃料を包含してなり、前記第１外部表面及び前記第２外部表面の少なくとも１つの上に配置された燃料消費剤（２８，４５）とを備えてなる、電気化学電池システム。

Description

本発明は、燃料消費剤及び燃料消費の方法に関するものである。

燃料電池は、典型的に２つ以上の反応体間の電気化学反応から、電気エネルギーを提供できる装置である。一般に燃料電池は、陽極及び陰極と呼ばれる２つの電極と、電極間に配置された電解質とを包含する。陽極は陽極触媒を含有し、陰極は陰極触媒を含有する。固体電解質膜のような電解質は、典型的にイオン的に伝導性であるが、電子的に非伝導性である。

燃料電池の作動中、反応体は適切な電極に導かれる。陽極では、反応体が陽極触媒と相互作用し、イオン及び電子などの反応中間体を形成する。イオン反応中間体は、陽極から陰極に、電解質を通って流れることができる。しかし電子は、陽極から陰極に、陽極と陰極を接続する外部電気導体を通って流れる。電子が外部電気導体を通って流れるとき、電子流を使用して、エネルギーをもたらすことができる。陰極では、陰極触媒が、別の反応体、陽極で形成されたイオン、及び電子と相互作用して、燃料電池反応を完成する。

例えば、水素燃料電池と呼ばれることもある燃料電池の一種では、陽極反応体は水素ガスであり、陰極反応体は酸素（例えば空気から）である。陽極では、水素ガスが酸化してプロトンを形成し、陰極では、酸素ガスが還元され、プロトンと結合して水を形成する。

式（１）に示したように、水素の酸化がプロトン及び電子を生む。プロトンは、陽極から電解質を通って陰極に流れる。電子は、陽極から陰極に、外部電気導体を通って流れ、これにより電気エネルギーをもたらすことができる。陰極では、プロトン及び電子が酸素と反応して水を形成する（式２）。式３は、全体の燃料電池反応を示しており、これによって水素及び酸素が水に変換される。

一般に、燃料電池又は燃料カートリッジは、その外部表面の上又は付近に燃料消費剤を有する。燃料消費剤を使用して、漏れた燃料を消費することにより燃料漏れを抑制することができる。

一態様において、電気化学電池システムは、外部表面と、燃料電池ハウジングの内容積を画定する内部表面とを有する燃料電池ハウジングを有する燃料電池を包含する。内容積の内部は、陰極、陽極、及び電解質である。電池システムは、燃料電池に接続された燃料カートリッジをさらに包含する。カートリッジは、外部表面と、カートリッジハウジングの内容積を画定する内部表面とを有するカートリッジハウジングを有し、内容積は、燃料を包含する。電池システムはまた、燃料電池ハウジングの外部表面及び燃料カートリッジの外部表面の少なくとも１つの上に配置された燃料消費剤を包含する。

別の態様では、電気化学電池システムは、燃料電池ハウジングと、燃料電池に接続された燃料カートリッジとを有する燃料電池を含み、該カートリッジは、カートリッジハウジングを有する。燃料消費剤は、燃料電池ハウジング及びカートリッジハウジングの少なくとも１つの上に配置されている。

別の態様では、電気化学電池は、外部表面と内部表面とを有するハウジングを有する燃料電池を包含する。内部表面は、ハウジングの内容積を画定する。燃料消費剤は、外部表面上に配置される。

水素ガスカートリッジは、水素ガスを包含するハウジングを有し得る。ハウジングは、外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有する。水素消費剤は、外部表面上に配置され、ガス透過性マトリックス内に分散される。

燃料カートリッジは、燃料を包含するハウジングを有し得る。ハウジングは、外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有する。燃料消費剤は、外部表面上に配置され、ガス透過性マトリックス内に分散される。

別の態様では、電気化学電池システムは、内容積を画定する内部表面を有する容器、及び内容積の中に配置された燃料消費剤及び燃料電池又は燃料カートリッジを包含する。

別の態様では、燃料電池をコーティングする方法として、燃料電池の外部表面の一部分を燃料消費剤でコーティングすることが挙げられる。

別の態様では、燃料カートリッジをコーティングする方法として、燃料カートリッジの外部表面の一部分を、ガス透過性マトリックス内に分散した燃料消費剤でコーティングすることが挙げられる。

別の態様では、燃料漏れを抑制する方法として、燃料電池を有する電気化学電池システムからの燃料漏れを、燃料電池の外部の燃料消費剤と接触させることが挙げられる。

実施形態では、１つ以上の次の特徴を包含することができる。幾つかの実施形態では、燃料電池は、水素燃料電池である。水素燃料電池は、外部表面を有し得る。水素燃料電池は、外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有するハウジングを有し得る。

燃料消費剤は、水素消費剤（例えば、水素再結合剤、水素ゲッター）であり得る。水素消費剤は、ガス透過性マトリックス（例えば、シリコーンポリマー）内に分散し得る。電池システムは、水素消費剤を覆うコーティングを包含し得る。

一部の例では、燃料カートリッジは、水素燃料カートリッジである。

燃料電池は、メタノール燃料電池、エタノール燃料電池、メタン燃料電池、プロパン燃料電池、ブタン燃料電池、ギ酸燃料電池、ヒドラジン燃料電池、又はアンモニア燃料電池であり得る。

燃料は、メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア、又はそれらの組み合わせであり得る。

燃料カートリッジは、メタノール燃料カートリッジ、エタノール燃料カートリッジ、メタン燃料カートリッジ、プロパン燃料カートリッジ、ブタン燃料カートリッジ、ギ酸燃料カートリッジ、ヒドラジン燃料カートリッジ、又はアンモニア燃料カートリッジであり得る。

幾つかの実施形態では、水素再結合剤は、水素酸化材料及び活性化材料を含有する。活性化材料は、第１活性化構成成分と第２活性化構成成分とを有することができ、第１及び第２活性化構成成分は、各々、水素を切断（cleaving）することができる。水素酸化材料としては、酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、酸化バリウム、酸化銀、酸化水銀、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸銀、リン酸マンガン、酸化ビスマス、ｍ−ジニトロベンゼン、及び／又はキノンを挙げることができる。水素酸化材料としては、酸化銅を挙げることができる。一部の例では、活性化材料の第１構成成分は、遷移金属（例えば、パラジウム、白金、ルテニウム）、又はその塩若しくは酸化物を含有する。活性化材料の第２構成成分は、遷移金属（例えば、パラジウム、白金、ルテニウム）、又はその塩若しくは酸化物を含有し得る。

一部の例では、燃料電池ハウジングは、カートリッジハウジングと取り外し可能に係合できる。燃料電池は、その内容積の中に配置された陰極、陽極、及び電解質を有し得る。一部の例では、陽極は水素ガスを酸化させる。幾つかの実施形態では、燃料電池に燃料カートリッジが接続されている。

電気化学電池は、燃料センサを包含し得る。

一部の例では、外部表面のコーティングとして、外部表面を燃料消費剤で塗装、噴霧、及び／又は印刷することが挙げられる。外部表面のコーティングとして、外部表面を燃料消費剤内で浸し塗りすることが挙げられる。

燃料カートリッジは、外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有し得る。内容積は、燃料を包含し得る。

実施形態では、１つ以上の次の利点を包含することができる。燃料消費剤を包含する燃料電池、カートリッジ、又は容器は、燃料消費剤の無い場合よりも安全であることがある。燃料消費剤を包含する燃料電池、カートリッジ、又は容器は、例えば、燃料が電池、カートリッジ又は容器から漏れるときに燃料消費剤が潜在的に危険ないかなる燃料をも消費してしまうので、燃料漏れの場合、人間の介入の必要は皆無かそれに近くなることがある。燃料消費剤を含んでなる燃料消費コーティングは、潜在的に有害な可燃性燃料（例えば、水素ガス）を、比較的無害な不燃性副生成物（例えば、水）に変換し得る。燃料から無害な副生成物への変換は、室温で起こり得る。その上、燃料消費反応は、著しい熱を発生させず、又は温度の上昇を引き起こさずに起こることがある。従って、反応は、空気−燃料混合物の引火を誘発する十分な熱を発生させないことがある。燃料消費剤は、比較的時宜を得たやり方で燃料漏れに対処することがある。燃料センサと併せて使用される燃料消費剤は共に、燃料漏れがあることを合図し、燃料漏れによって放出された燃料を除去できる。燃料消費剤は、廉価で容易に入手できる材料を用いて、経済的且つ効率的に作製できる。燃料消費剤は、耐久性があり得る、燃料消費剤は、剥離、フレーキング又は破砕に耐性を示すコーティングを形成し得る。燃料消費剤を包含する燃料カートリッジは、例えば水素ガスの、運搬できる安全な供給源であり得る。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の説明に記載される。本発明の他の特徴及び利点は、説明及び図面、並びに請求項から明らかになるであろう。

図１及び２に関して、水素燃料電池１０は、ハウジング１２、水素燃料入り口１４、酸素又は空気入り口１６、及び水出口１８を含有する。また水出口１８は、燃料電池に空気が供給される場合、酸素を使い果たした空気を排出できる。燃料電池１０は、負荷２０を含み得る導体１９をさらに含有する。ハウジング１２は、内容積２４を画定する内部表面２２、並びに外部表面２６を有する。外部表面２６は、燃料消費コーティング２８を含有する。

コーティング２８は、図１及び２に示されたように燃料電池１０の外部表面の一部分を覆うことができ、或いは、燃料電池１０の外部表面全体を覆うことができる。コーティングは、燃料電池の外部表面の複数の部分を覆うことができる。コーティングは、例えば、燃料電池のうち燃料漏れのある可能性が最も高い区域、例えば水素燃料入り口１４に隣接した区域で使用することができる。

次に図２に関して、燃料電池１０の内容積２４は、陽極３０及び陰極３２を含有する。内容積はまた、電解質３４を含有する。陽極は水素ガスを酸化させ、それによりプロトンを生み出す。プロトンは、電解質３４を通って陰極３２に進み、陰極では、プロトンが酸素と結合して水を生み出す。このプロセスにおいて、電子が陽極と陰極の間を移動し、こうして電流を生じさせる。

陽極３０は、水素ガスと相互作用できる材料で形成されて、プロトン及び電子を形成することができる（すなわち、水素ガスの解離及び酸化に触媒作用を及ぼすことのできるいかなる材料）。このような材料の例としては、例えば、白金、白金−ルテニウムなどの白金合金、及びカーボンブラック上に分散した白金が挙げられる。

一部の例では、燃料電池ハウジングは、燃料電池陽極が配置された側面上に出口を含有し、該出口は、燃料の流れがハウジングの陽極側に出入りすることを許容する。

陰極３２は、酸素、電子、及びプロトンの間の反応に触媒作用を及ぼして水を形成できる材料で形成することができる。このような材料の例としては、例えば、白金、白金合金、及びカーボンブラック上に分散した貴金属が挙げられる。

電解質３４は、電子の流れに対する実質的な抵抗性を備えると同時に、イオンがそれを通して流れるのを許容できる。幾つかの実施形態では、電解質３４は、固体高分子プロトン交換膜など、固体高分子（例えば、固体高分子イオン交換膜）である。固体高分子プロトン交換膜の例は、スルホン酸基を含有する固体高分子である。このような膜は、商標ナフィオン（NAFION）のもとで、Ｅ．Ｉ．デュポン・ヌムール社（E.I. DuPont de Nemours Company）（デラウェア州ウィルミントン（Wilmington））から市販されている。あるいは電解質３４は、Ｗ．Ｌ．ゴア＆アソシエイツ（W. L. Gore & Associates）（メリーランド州，エルクトン（Elkton））から入手可能な市販製品ゴア−セレクト（GORE-SELECT）からも調製できる。

幾つかの実施形態では、電解質３４は、イオン的に伝導性の液体電解質（例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、硫酸水溶液、又はリン酸水溶液）であり得る。液体電解質は、自由液体であり得、或いはポリマー（例えば、ポリアクリル酸若しくはポリメタクリル酸）などのゲル化剤、又は吸着剤（例えば、シリカゲル、ヒュームドシリカ、若しくはクレイ）の追加によって不動化できる。

ハウジング１２は、燃料電池において一般に使用される従来のいかなるハウジングでもあり得る。例えば、ハウジング１２は、スチール、ステンレススチール、グラファイト、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ペルフルオロ−アルコキシ樹脂、或いは金属、カーボン及びプラスチックの組み合わせなど、プラスチック、カーボン、又は金属容器であり得る。プラスチックを、例えば、鉱物性充填剤で満たしてもよい。あるいは、プラスチックを満たさなくてもよい。

図１及び２で水素燃料電池を示したものの、別の方法として、燃料電池はメタノール燃料電池であり得る。燃料電池は、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、又はアンモニアなど、酸化可能な燃料を使用する電気化学電池であり得る。メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、又はアンモニア燃料電池では、陽極材料は、水及び二酸化炭素（メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、又はギ酸燃料電池用）、若しくは水及び窒素ガス（ヒドラジン又はアンモニア燃料電池用）の混合物の燃料の酸化に触媒作用を及ぼすことができる。

次に図３に関して、一部の例では、水素燃料電池は、燃料カートリッジなどの燃料源に取外し可能に連結されている。燃料カートリッジは、例えば、水素ガス又は水素発生器が入っているハウジングを包含し得る。一部の例では、燃料カートリッジは、水素ガスを生み出す電気化学電池（本願と同じ日に出願された代理人整理番号（Attorney Docket Number）０８９３５−２７４００１「電気化学電池（Electrochemical Cells）」に記載された装置など、その要旨全体を参考として組み込む）を包含し得る。燃料電池がメタノール燃料電池である場合、カートリッジは、液体メタノール若しくはメタノールの水溶液、又はメタノール発生器が入っているハウジングを包含し得る。

図３において、水素燃料電池装置３６は、水素燃料カートリッジ３８を包含し、水素燃料カートリッジ３８は、その内容積３９の中に水素ガス又は水素発生器を包含する。カートリッジ３８は、ハウジング４４と水素燃料出口４２とを有する。

燃料電池装置３６はまた、ハウジング１２、酸素又は空気入り口１６、水出口１８を有する燃料電池１０、及び負荷２０を包含する導体１９を包含する。

カートリッジ３８は、接続部４０によって燃料電池１０に接続される。接続部は、燃料電池の水素燃料入り口１４とカートリッジの水素燃料出口４２との間に、流体連通を形成する。水素ガスは、流体連通を通って、カートリッジから燃料電池に移動することができる。燃料電池がもはや水素ガスを必要としないとき、流体連通を閉じるか、又はカートリッジを燃料電池から取り外すことができる。

図３において、水素燃料電池のハウジング１２は、燃料消費コーティング２８を包含し得る。カートリッジ３８のハウジング４４は、燃料消費コーティング４５を包含し得る。図３では、コーティング２８及び４５が燃料カートリッジ及び燃料電池の両方のハウジング上に包含されているが、他の実施形態では、コーティング２８及びコーティング４５の１つが存在し得る。一部の例では、１つ又は複数のコーティングが、燃料電池ハウジング及びカートリッジハウジングの両方の外部表面の全体を覆うことができる。他の例では、１つ又は複数のコーティングが、燃料電池装置全体の外部表面の部分を覆うことができる。

図４に関して、容器４６は、外部表面５０と、内容積５４を画定する内部表面５２とを有するハウジング４８を包含する。水素燃料電池装置３６は、内容積５４の中に包み込まれているか、ないしは別の方法で入っている。水素燃料電池装置３６は、ハウジング４４と水素燃料出口４２とを有する水素燃料カートリッジ３８を包含する。燃料電池装置３６はまた、酸素入り口１６、水出口１８、ハウジング１２、及び負荷２０を有する導体１９を有する水素燃料電池１０を包含する。燃料電池１０は、接続部４０によってカートリッジ３８に接続される。接続部は、燃料電池の水素燃料入り口１４とカートリッジの水素燃料出口４２との間に、流体連通を形成する。

燃料消費コーティング２８は、内部表面５２の一部分を覆う。一部の例では、コーティングは、内部表面の全て、又は図４に示されたよりもより大きいか、若しくはより小さい内部表面の部分を覆う。コーティング２８は、容器の内部表面の複数の部分を覆うことができる。一部の例では、燃料電池装置と容器の両方がコーティングを包含し得る。他の例では、燃料電池装置はコーティングを包含するが、容器はコーティングを包含しない。幾つかの実施形態では、容器の外部及び内部表面の両方又は１つが、コーティングで被覆されている。

容器４６は、例えば、ブリーフケース、輸送用パッケージ、展示用パッケージ、保管ケース、又はキャリングケースであり得る。一部の例では、容器は、部屋、列車のコンパートメント、飛行機のキャビン、又は自動車である。

コーティングは、約０．３１７５ｃｍ（厚さ０．１２５インチ）未満（例えば、約０．０２５４ｃｍ（０．０１０インチ）〜約０．１６００２ｃｍ（厚さ０．０６３インチ））であり得る。コーティングは、均一な厚さを有する可能性があり、又はコーティングは、一部の領域において他の領域よりも厚い可能性がある。

コーティング２８は、水素燃料電池から漏出する水素ガスと反応することができる。図１及び２において、コーティング２８は、水素ゲッター又は水素再結合剤（例えば、水素再結合触媒）など、水素消費剤を包含する。水素再結合剤は、大気中の酸素によって水素の酸化を促進し、水を生み出す。水素ゲッターは、水素を酸化剤と反応させることによって、水素を吸収する。

適した水素再結合触媒及び水素ゲッターが、米国特許第６，５００，５７６号及び米国特許第６，３３３，１２３号に記載されており、その各々の全体を参考として組み込む。再結合触媒は、活性化触媒及び結合剤を含有し得る。活性化触媒は、結合剤の中に分散できる。例えば、活性化触媒は、結合剤の中に溶解できるか、又は結合剤全体にわたって均一的に分配できる。分散は膜によって封入することができる。活性化触媒は、触媒と混合された水素酸化材料から、又はその場で触媒に還元される触媒前駆体から形成できる。例えば、酸化材料は、その場で金属銅に還元される酸化銅を含有し得る。触媒前駆体としては、塩化白金若しくは塩化ルテニウム、又は塩化白金と塩化ルテニウムの混合物を挙げることができる。触媒前駆体は、その場で還元されて、触媒を形成できる。一旦還元されたら、金属銅及び白金及び／又はルテニウムは、水素の再結合のための触媒としての役目を果たすことができる。水素ゲッターは、水素酸化材料、活性化触媒、及び結合剤を含有し得る。水素酸化材料及び活性化触媒は、結合剤の中に分散できる。例えば、水素酸化材料及び活性化触媒は、結合剤に溶解できるか、又は結合剤全体にわたって均一的に分配できる。分散は膜によって封入することができる。

水素酸化材料は、活性化触媒と組み合わされて、水素燃料電池から漏出する水素ガスを吸収する。水素ガスの吸収は、水素ガスの水への酸化によって起こり得る。水素酸化材料は、水素を酸化させる。活性化触媒は、水素酸化材料と水素の間の酸化プロセスの活性化エネルギーを低減させ、それにより酸化が起きる割合を増加させる。水素酸化材料の例としては、酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、酸化バリウム、酸化銀、酸化水銀、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸銀、リン酸マンガン、三酸化ビスマス、ｍ−ジニトロベンゼン、及びキノンが挙げられるが、これらに限定されない。

活性化触媒は、水素を切断（cleaving）できる第１構成成分及び第２構成成分を含有し得る。第１及び第２構成成分は各々、第ＶＩＩＩ族金属などの遷移金属、合金、酸化物又は塩から選択することができる。活性化触媒構成成分の例としては、白金、パラジウム、又はルテニウム金属、酸化物、塩、或いはそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。活性化触媒としては、塩化白金及び／若しくは塩化ルテニウム、又は硫酸白金及び／若しくは硫酸ルテニウムを挙げることができる。一部の例では、活性化触媒は、酸化物、カーボン、又は高表面積アルミナ、シリカなどの無機基材、或いはモレキュラーシーブ上に支持される。

適した結合剤材料は、水素、メタノール、エタノール、ギ酸、ヒドラジン又は他の燃料（例えば、メタン、プロパン、ブタン、又はアンモニア）に対して、また酸素及び水蒸気に対して透過性である。適した結合剤は、ガス透過性マトリックスである。結合剤は、水素酸化材料及び活性化触媒の分散していない粉末形態に対して、水素酸化材料及び活性化触媒の活性表面積を増加させる。粉末形態において、水素酸化材料及び活性化触媒は、長期の水素酸化、すなわち、塊の外側表面が完全に還元された後の水素ガスの酸化率を抑制する凝集塊又は小さい塊を形成することがある。結合剤材料は、無機固体又はポリマーであり得る。無機固体の例は、ポートランドセメント（Portland Cement）又は焼石膏（Plaster of Paris）など、セメントであり得る。ポリマーの例としては、ポリイソブチレン、ＥＰゴム及びシリコーンポリマー、例えばＧＥタイプＩＩシリコーンゴム（ニューヨーク州ウォーターフォード（Waterford）にあるＧＥから入手可能）などが挙げられる。

例えばシリコーン中に分散する代わりに、水素消費剤は、別の透過性ポリマー中に分散することができ、或いはラテックス塗料の中で結合できる。水素消費剤は、接着剤、例えば、ＰＶＣエマルション接着剤、アルキド樹脂エマルション、又はブチルラテックスエマルションにより表面に付着し得る。

適した水素消費剤の例は、塩化白金及び塩化ルテニウムでドープされた酸化銅をシリコーン中に分散させることである。

膜によって水素消費剤を封入できる。膜は、ガス透過性マトリックスとは異なる材料であるガス透過性ポリマーの薄層であり得る。このような封入は、燃料消費剤のフレーキング若しくは離脱の発生を防止又は低減できるか、或いは表皮剥離から保護できる。封入された触媒は、水素酸化材料を除去せずに、コーティングを水又は他の液体で比較的容易に洗浄することを許容してもよい。

水素消費剤を封入するための好ましい材料は、水素ガス、メタノール、エタノール、ギ酸、ヒドラジン、又は他の燃料（例えば、メタン、プロパン、ブタン、又はアンモニア）に対して、また酸素ガス及び水蒸気に対して透過性である。適した膜材料としては、ポリエチレンなどのポリオレフィン、プラスチック、ゴム、エラストマー、フルオロエラストマー及びパラフィンろうが挙げられる。他の膜材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン／ポリプロピレン共重合体及び混和物、ポリブチレン、並びにろうとポリオレフィンの混和物が挙げられる。封入膜の厚さを調節して、触媒のための構造支持を提供できる。封入膜は、約０．０３８１ｃｍ（厚さ０．０１５インチ）未満（例えば、約０．０２５４ｃｍ（０．０１０インチ）〜約０．００１２７ｃｍ（厚さ０．０００５インチ））であり得る。

水素消費剤は、例えば、約７５〜約８５重量％の水素酸化材料、約０．０５〜約６重量％の活性化触媒、及び約１０〜約２０重量％の結合剤を含有し得る。水素消費剤は、約１〜約５重量％の封入材料を含有し得る。好ましくは、水素消費剤は、約０．１〜約２重量％の活性化触媒を含有する。より好ましくは、水素消費剤は、白金又はパラジウム金属、その酸化物又は塩など、約０．０５〜約０．２重量％の第１活性化触媒、及びルテニウム金属、又はその酸化物若しくは塩など、約０．２〜約１．８重量％の第２活性化触媒を含有する。

水素消費剤を上で検討してきたが、燃料消費剤をメタノール燃料電池若しくはメタノールカートリッジに又はその付近に施す場合、燃料消費剤は、メタノール消費剤であり得る。その付近に施された燃料消費剤を有する他の燃料及び燃料電池は、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、又はアンモニアで作動するものである。米国特許第６，５００，５７６号及び米国特許第６，３３３，１２３号に記載されている水素再結合触媒及び水素ゲッターなどの水素消費剤は、メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、又はアンモニア燃料電池用の燃料消費剤として使用できる。水素消費剤は、メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、又はアンモニアの、炎を伴わない触媒燃焼を起こすことができる。

幾つかの実施形態では、燃料電池、燃料カートリッジ、又は容器は、ユーザに燃料漏れを知らせる燃料センサを包含する。燃料センサは、例えば、水素ガスと接触する時に、例えば黒から銅色に色が変化する触媒された酸化銅断片であり得、それにより水素ガス漏れの視覚的指示を与える。

一部の例では、水素消費剤は、例えば、容器の中で通気性材料（例えば、紙、ＴＹＶＥＣ（商標）（デュポン（DuPont）から入手可能）などの不織布ポリオレフィン繊維紙、革、布、又はフェルト）の２層の間に挟まれた水素消費材料のシートである。水素消費剤は、例えば、水素燃料電池又は水素燃料源の付近で働く人の衣類上に縫い付けることのできる材料の断片の形態であり得る。

水素消費剤は、例えば、噴霧、塗装、印刷、浸漬被覆、若しくはドクターブレードの使用によって、燃料電池、燃料カートリッジ、又は容器表面に施されてもよい。

ガス透過性マトリックスを硬化させる前に、ガス透過性マトリックス中に分散した触媒を、脂肪族溶媒（例えば、ミネラルスピリット）で希釈できる。このような希釈物は、上述の方法の１つを使用して分散をコーティングとして容易に施せるよう、分散の粘度を低減できる。

分散（水素酸化材料及び活性化触媒を含有する結合剤）の上に封入膜を折り畳み、次に膜の開放縁部をヒートシールできる。あるいは、膜は、溶解物、溶液、懸濁液、エマルション、ラテックスから、又は蒸気相からのコーティングとして施すことができる。

燃料消費剤は、燃料電池、燃料カートリッジ、又は容器で使用する前に、燃料内で前処理できる。例えば、上述の水素再結合触媒（塩化白金及び塩化ルテニウムでドープされた酸化銅）を水素ガス内で前処理して、触媒が最初に使用される時に発生する可能性のある塩酸など、酸の放出を回避できる。

他の実施形態は、後続する請求項の範囲内である。

燃料電池の断面側面図。図１の燃料電池のより詳細な断面側面図。燃料電池装置の断面側面図。容器の断面側面図。

Claims

電気化学電池システムであって、
燃料電池と、
該燃料電池が、第１外部表面と、燃料電池ハウジングの第１内容積を画定する第１内部表面とを有する前記燃料電池ハウジングと、前記第１内容積の中に配置された陰極、陽極、及び電解質とを備えてなり、
前記燃料電池に接続された燃料カートリッジと、
該カートリッジが、第２外部表面と、カートリッジハウジングの第２内容積を画定する第２内部表面とを有する前記カートリッジハウジングを備えてなり、前記第２内容積が燃料を包含してなり、及び
前記第１外部表面及び前記第２外部表面の少なくとも１つの上に配置された燃料消費剤とを備えてなる、電気化学電池システム。
前記燃料電池が水素燃料電池を備えてなる、請求項１に記載の電気化学電池システム。
前記燃料消費剤が水素消費剤を含んでなる、請求項２に記載の電気化学電池システム。
前記燃料カートリッジが水素燃料カートリッジを備えてなる、請求項３に記載の電気化学電池システム。
前記燃料がメタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、及びアンモニアから成る群から選択される、請求項１に記載の電気化学電池システム。
電気化学電池システムであって、
燃料電池ハウジングを備えた燃料電池と、
前記燃料電池に接続された燃料カートリッジと、
該カートリッジがカートリッジハウジングを備えてなり、及び
前記燃料電池ハウジング及び前記カートリッジハウジングの少なくとも１つの上に配置された燃料消費剤とを備えてなる、電気化学電池システム。
前記燃料電池が、水素燃料電池を備えてなる、請求項６に記載の電気化学電池システム。
前記燃料消費剤が、水素消費剤を含んでなる、請求項７に記載の電気化学電池システム。
前記燃料カートリッジが、水素燃料カートリッジを備えてなる、請求項８に記載の電気化学電池。
前記水素消費剤が、水素再結合剤を含んでなる、請求項８に記載の電気化学電池システム。
前記水素再結合剤が、水素酸化材料及び活性化材料を含んでなる、請求項１０に記載の電気化学電池システム。
前記活性化材料が、第１活性化構成成分及び第２活性化構成成分を含有し、前記第１及び第２活性化構成成分は各々、水素を切断できる、請求項１１に記載の電気化学電池システム。
前記水素酸化材料が、酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、酸化バリウム、酸化銀、酸化水銀、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸銀、リン酸マンガン、酸化ビスマス、ｍ−ジニトロベンゼン、及びキノンから成る群から選択される化合物を含んでなる、請求項１１に記載の電気化学電池システム。
前記水素酸化材料が、酸化銅を含んでなる、請求項１３に記載の電気化学電池システム。
前記活性化材料の前記第１活性化構成成分が、遷移金属、又はその塩若しくは酸化物を含有する、請求項１２に記載の電気化学電池システム。
前記遷移金属が、パラジウム、白金、及びルテニウムから成る群から選択される、請求項１５に記載の電気化学電池システム。
前記活性化材料の前記第２活性化構成成分が、遷移金属、又はその塩若しくは酸化物を含有する、請求項１２に記載の電気化学電池システム。
前記遷移金属が、パラジウム、白金、及びルテニウムから成る群から選択される、請求項１７に記載の電気化学電池システム。
前記水素消費剤が、水素ゲッターを含んでなる、請求項８に記載の電気化学電池システム。
前記燃料電池ハウジングが、前記カートリッジハウジングと取り外し可能に係合できる、請求項６に記載の電気化学電池システム。
前記水素消費剤が、ガス透過性マトリックス内に分散している、請求項８に記載の電気化学電池システム。
前記水素消費剤が、シリコーンポリマー内に分散している、請求項２１に記載の電気化学電池システム。
前記水素消費剤を覆うコーティングをさらに備えてなる、請求項８に記載の電気化学電池システム。
前記燃料電池が、メタノール燃料電池、エタノール燃料電池、メタン燃料電池、プロパン燃料電池、ブタン燃料電池、ギ酸燃料電池、ヒドラジン燃料電池、又はアンモニア燃料電池である、請求項６に記載の電気化学電池システム。
燃料センサをさらに備えてなる、請求項６に記載の電気化学電池。
電気化学電池であって、
燃料電池を備えてなり、
該燃料電池が、外部表面と、ハウジングの内容積を画定する内部表面とを有する前記ハウジング、及び
前記外部表面上に配置された燃料消費剤とを備えてなる、電気化学電池。
前記燃料電池が、水素燃料電池を備えてなる、請求項２６に記載の電気化学電池。
前記燃料消費剤が、水素消費剤を含んでなる、請求項２７に記載の電気化学電池。
前記燃料電池が、メタノール燃料電池、エタノール燃料電池、メタン燃料電池、プロパン燃料電池、ブタン燃料電池、ギ酸燃料電池、ヒドラジン燃料電池、又はアンモニア燃料電池である、請求項２６に記載の電気化学電池。
前記燃料電池が、前記内容積の中に配置された陰極、陽極、及び電解質をさらに備えてなる、請求項２６に記載の電気化学電池。
前記陽極が、水素ガスを酸化させる、請求項３０に記載の電気化学電池。
燃料センサをさらに備えてなる、請求項２６に記載の電気化学電池。
水素ガスカートリッジであって、
水素ガスを包含するハウジングと、及び
該ハウジングが、外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有してなり、
前記外部表面上に配置された水素消費剤とを備えてなり、
該水素消費剤が、ガス透過性マトリックス内に分散されてなる、水素ガスカートリッジ。
前記ガス透過性マトリックスが、シリコーンポリマーを含んでなる、請求項３３に記載の水素ガスカートリッジ。
燃料カートリッジであって、
燃料を包含するハウジングと、及び
該ハウジングが、外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有してなり、
前記外部表面上に配置された燃料消費剤とを備えてなり、
該燃料消費剤が、ガス透過性マトリックス内に分散されてなる、燃料カートリッジ。
前記燃料が、メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア、並びにこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項３５に記載の燃料カートリッジ。
電気化学電池システムであって、
内容積を画定する内部表面を有する容器と、及び
前記内容積の中に配置された燃料消費剤及び燃料電池とを備えてなる、電気化学電池システム。
前記燃料電池に接続された燃料カートリッジをさらに備えてなる、請求項３７に記載の電気化学電池システム。
前記燃料電池が、水素燃料電池を備えてなる、請求項３７に記載の電気化学電池システム。
前記燃料消費剤が、水素消費剤を含んでなる、請求項３９に記載の電気化学電池システム。
前記燃料電池が、メタノール燃料電池、エタノール燃料電池、メタン燃料電池、プロパン燃料電池、ブタン燃料電池、ギ酸燃料電池、ヒドラジン燃料電池、又はアンモニア燃料電池である、請求項３７に記載の電気化学電池システム。
電気化学電池システムであって、
内容積を画定する内部表面を有する容器と、及び
前記内容積の中に配置された燃料消費剤及び燃料カートリッジとを備えてなる電気化学電池システム。
前記燃料カートリッジが水素燃料カートリッジを備えてなる、請求項４２に記載の電気化学電池システム。
前記燃料消費剤が水素消費剤を含んでなる、請求項４３に記載の電気化学電池システム。
前記燃料カートリッジが、メタノール燃料カートリッジ、エタノール燃料カートリッジ、メタン燃料カートリッジ、プロパン燃料カートリッジ、ブタン燃料カートリッジ、ギ酸燃料カートリッジ、ヒドラジン燃料カートリッジ、又はアンモニア燃料カートリッジである、請求項４２に記載の電気化学電池システム。
燃料電池の外部表面の一部分を燃料消費剤でコーティングすることを含んでなる、燃料電池のコーティング方法。
前記燃料電池が、水素燃料電池を備えてなる、請求項４６に記載の方法。
前記燃料消費剤が、水素消費剤を含んでなる、請求項４７に記載の方法。
前記水素燃料電池が、前記外部表面と、内容積を画定する内部表面とを有するハウジングを備えてなる、請求項４７に記載の方法。
前記燃料電池が、メタノール燃料電池、エタノール燃料電池、メタン燃料電池、プロパン燃料電池、ブタン燃料電池、ギ酸燃料電池、ヒドラジン燃料電池、又はアンモニア燃料電池である、請求項４６に記載の方法。
前記外部表面のコーティングが、前記外部表面を前記燃料消費剤で塗装することを含んでなる、請求項４６に記載の方法。
前記外部表面のコーティングが、前記外部表面を前記燃料消費剤で噴霧することを含んでなる、請求項４６に記載の方法。
前記外部表面のコーティングが、前記外部表面を前記燃料消費剤内で浸し塗りすることを含んでなる、請求項４６に記載の方法。
前記外部表面のコーティングが、前記外部表面を前記燃料消費剤で印刷することを含んでなる、請求項４６に記載の方法。
燃料カートリッジの外部表面の一部分を燃料消費剤でコーティングすることを含み、その際、前記燃料消費剤がガス透過性マトリックス内に分散している、燃料カートリッジのコーティング方法。
前記燃料カートリッジが、水素燃料カートリッジを備えてなる、請求項５５に記載の方法。
前記燃料消費剤が、水素消費剤を含んでなる、請求項５６に記載の方法。
前記燃料カートリッジが、メタノール燃料カートリッジ、メタン燃料カートリッジ、プロパン燃料カートリッジ、ブタン燃料カートリッジ、エタノール燃料カートリッジ、ギ酸燃料カートリッジ、ヒドラジン燃料カートリッジ、又はアンモニア燃料カートリッジである、請求項５５に記載の方法。
前記燃料カートリッジが、前記外部表面と、内容積を画定する内部表面とを備えてなる、請求項５５に記載の方法。
燃料が、前記内容積の中に配置されている、請求項５９に記載の方法。
燃料電池を包含する電気化学電池システムからの燃料漏れを前記燃料電池の外部の燃料消費剤と接触させることを含んでなる、燃料漏れを抑制する方法。
前記燃料が水素である、請求項６１に記載の方法。
前記燃料が、メタノール、エタノール、メタン、プロパン、ブタン、ギ酸、ヒドラジン、及びアンモニアから成る群から選択される、請求項６１に記載の方法。