專利名稱：：用于氫氣產(chǎn)生盒的燃料的制作方法用于氫氣產(chǎn)生盒的燃料
背景技術(shù)：
：燃料電池是一種將反應(yīng)劑，即燃料和氧化物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成直流電(DC)的設(shè)備。對(duì)于越來越多的應(yīng)用場(chǎng)合來說，燃料電池比常規(guī)的發(fā)電裝置如化石燃料的燃燒以及便攜式的電能存貯裝置如鋰離子電池具有更高的效率。一般來講，燃料電池技術(shù)中包括有多種不同類型的燃料電池，如堿性燃料電池、聚合物電解型燃料電池、轔酸型燃料電池、熔融型碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及酶燃料電池?，F(xiàn)今更重要的燃料電池可大致劃分為幾種類型，即(i)釆用壓縮的氫(H2)作為燃料的燃料電池；(ii)質(zhì)子交4刻莫(PEM)燃料電池，其采用的是醇類如甲醇(CH3OH)、金屬氫化物如硼氫化鈉(NaBH4)、碳?xì)浠衔锘蛘呤瞧渌苻D(zhuǎn)換成氫燃料的燃料；(iii)能夠直接消耗非氫燃料的PEM燃料電池或者是直接氧化燃料電池；以及(iv)能在很高的溫度下直接將碳?xì)浠衔锶剂限D(zhuǎn)換成電力的固體氧化物燃料電池(SOFC)。壓縮的氫通常處于高壓狀態(tài)，因此其操作非常困難。此外，其通常需要很大的貯備盒，因此對(duì)于消費(fèi)類電子設(shè)備而言無法做到足夠小。常規(guī)的轉(zhuǎn)換型燃料電池需要轉(zhuǎn)換劑以及其它的蒸發(fā)和輔助系統(tǒng)來將燃料轉(zhuǎn)換成氫從而與燃料電池中的氧化劑反應(yīng)。最新的進(jìn)展使轉(zhuǎn)換劑或轉(zhuǎn)換型燃料電池很有希望用于消費(fèi)類電子設(shè)備。最常用的直接氧化燃料電池是直接甲醇燃料電池或DMFC。其它的直接氧化燃料電池包括直接乙醇燃料電池和直接原碳酸四甲酯燃料電池。以甲醇直接與氧化劑在燃料電池中進(jìn)行反應(yīng)的DMFC有望在消費(fèi)類電子設(shè)備中作為電源應(yīng)用。SOFC在高熱下轉(zhuǎn)換碳?xì)浠衔锶剂先缍⊥槎a(chǎn)生電力。SOFC需要在1000°C范圍內(nèi)的相對(duì)高溫來使燃料電池反應(yīng)發(fā)生。用來生成電力的化學(xué)反應(yīng)對(duì)每一類燃料電池來說都是不同的。對(duì)于DMFC來說，每一個(gè)電極處的化學(xué)-電學(xué)反應(yīng)以及直接甲醇燃料電池的總反應(yīng)可描述如下4陽極的半反應(yīng)CH3OH+H20—C02+6H"+6e-陰極的半反應(yīng)1,5。2+6tf+6e-—3H20總?cè)剂想姵氐姆磻?yīng)CH3OH+1.502—C02+2恥由于氫離子(If)穿過PEM從陽極遷移到陰極，并且由于自由電子(e〕不能穿過PEM，因此電子流過外部電路，從而產(chǎn)生電流。該外部電路可用來給許多有用的消費(fèi)類電子設(shè)供電力，如移動(dòng)電話或蜂窩電話、計(jì)算器、個(gè)人數(shù)字助理、膝上電腦以及動(dòng)力工具等。美國專利號(hào)U.S.5,992,008和U.S.5,945,231均對(duì)DMFC進(jìn)行了描述，這兩篇專利以引用的方式全文并入這里。通常來講，PEM由聚合物制成，如DuPont公司的Nafior^或者是其它合適的膜，前者是厚度在0.05mm到0.50mm之間的全氟化磺酸聚合物。陽極通常由用聚四氟乙烯處理的碳紙制成，其上支撐并沉積有很薄的一層催化劑，如鉑-釕。陰極通常是氣體擴(kuò)散電極，其中有鉑顆粒粘接到該膜的一側(cè)上。由于化學(xué)金屬氫化物燃料具有相對(duì)較高的能量密度，即單位質(zhì)量或體積燃料中氫的量，因此化學(xué)金屬氫化物燃料是有希望的。在化學(xué)金屬氫化物燃料電池中，通常重新形成硼氫化鈉并反應(yīng)如下NaBH4+2H20—(熱或催化劑)—4(H2)+(NaB02)陽極的半反應(yīng)H2—2tf+2e-陰極的半反應(yīng)2(2tf+2e)+02—2H20適合于該反應(yīng)的催化劑包括鉑和釕以及其它的金屬。硼氫化鈉轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的氫燃料在燃料電池中與氧化劑如02進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生電(或者是電子流)和副產(chǎn)品水。該過程中還會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品硼酸鈉(NaB02)。硼氫化鈉燃料電池在美國專利號(hào)U.S.4,261，956中進(jìn)行了描述，其以引用的方式并入這里盡管化學(xué)金屬氫化物具有較高能量密度的潛在優(yōu)點(diǎn)，包括能夠從燃料中釋放的氫氣的量，但是它在與便攜式電子裝置一切使用時(shí)還沒有獲得預(yù)期的能量密度。因此，仍需要斷氏能量密度并將化學(xué)金屬氫化物燃料所能釋放的氫氣最大化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明增加從金屬氫化物燃料中所產(chǎn)生或釋放的氫氣量。本發(fā)明還降低氫氣產(chǎn)生盒的體積。在所附的附圖中，其構(gòu)成說明書的一部分，與其相結(jié)合并且其中同樣的附圖標(biāo)記用于指示相同的部分圖1是可用于從金屬氫化物燃料的氫氣釋放的裝置剖面圖；圖2是可用于本發(fā)明的另一裝置的剖面圖3是沿著圖2中裝置3-3線的剖面圖。具體實(shí)施例方式如所附附圖所顯示以及以下討論的內(nèi)容，本發(fā)明是針對(duì)能夠?qū)碜曰瘜W(xué)氫化物燃料諸如硼氫化鈉(NaBH4)和水的氫氣的釋放最大化的方法和組合物。本發(fā)明亦針對(duì)能夠?qū)碜曰瘜W(xué)氫化物燃料與水反應(yīng)的氫氣燃料釋放最大化的裝置。適當(dāng)已知使用金屬氫化物燃料的氫氣產(chǎn)生裝置公開于共同待審(copending)的于2003年10月6曰提出申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案號(hào)10/679,756;于2004年5月26曰提出申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案號(hào)10/854,540;于2005年2月25日提出申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案號(hào)11/067,167和于2005年2月25日提出申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案號(hào)11/066,573。通過整體引用這些參考文獻(xiàn)，將其公開的內(nèi)容合并入本申請(qǐng)中。適合的化學(xué)金屬氫化物燃料包括，但不限于元素周期表中IA-IVA族元素的氫化物及其混合物，例如堿(alkaline)或堿金屬氫化物。也可使用其它化合物，例如堿金屬-紫氫化物(alanates)以及堿金屬硼氫化物。更多特殊的金屬氫化物的示例包括，但不限于，氫化鋰、氫化鋁鋰、硼氫化鋰、氫化鈉、硼氫化鈉、氫化鉀、硼氫化鉀、氫化鎂、氫化鈣，以及鹽類與/或其衍生物。優(yōu)選的氫化物為硼氫化鈉、硼氫化鎂、硼氫化鋰、以及硼氫化鉀。優(yōu)選地，含氫燃料(hydrogen-bearingfUd)為具有NaBH4或Mg(BHt)2的固體形式。固體形式的NaBH4在沒有水的狀況下無法水解因此改善了盒的儲(chǔ)存壽命。然而，含氫燃料的水形式(aqueousform)，例如水狀(aqueous)NaBH4，亦可fM于本發(fā)明。當(dāng)丫M水狀NaBH4時(shí)，裝有水狀NaBH4的反應(yīng)室亦包括穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑的示例包括，但不限于，金屬以及金屬氫化物，例如堿金屬氫化物。上述穩(wěn)定劑的示例公開于美國專利6,683,025號(hào)中，通過引用整體結(jié)合入本申請(qǐng)。優(yōu)選地，穩(wěn)定劑為NaOH。含氫燃料的固體形式與水形式相比是優(yōu)選的。通常，固體燃料比液體燃料具有更多的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗疇钊剂吓c固體燃料相比含有比例上較少的能源，且液體燃料比固體燃料更不穩(wěn)定。因此，對(duì)本發(fā)明的最佳燃料為固體的顆粒、粒狀、粉狀、或結(jié)塊粉末形式的硼氫化鈉。根據(jù)本發(fā)明，液狀反應(yīng)劑與化學(xué)金屬氫化物燃料在選擇性催化劑的存在下反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。優(yōu)選地，適當(dāng)?shù)囊后w反應(yīng)劑包括，但不限于，水、醇、和/或稀酸。最普遍的液體反應(yīng)劑為水。如上所述以及下列化學(xué)式中，水與含氫的燃料，例如NaBH4在選擇的催化劑、酸以及添加劑的存在下反應(yīng)生成氫氣。X(BH4)y+2H20—X(BO)2+4H2其中X包括，但不限于Na、Mg、Li、K以及所有的堿(alkaline)金屬，而y為整數(shù)。反應(yīng)劑還包括選棒性的添加劑用以減少或增加溶液的pH值。反應(yīng)劑的pH值可用于確定氫氣生產(chǎn)的速度。例如，附氏反應(yīng)劑的pH的添加劑導(dǎo)致較高的氫氣生產(chǎn)率。上述添加劑包括，但不限于，酸，例如鹽酸(HC1)、硝酸(麗03)、醋酸(HC2H302)、硫酸(H2S04)、梓檬酸(^011507)、碳酸(H2C03)、磷酸(H3K)4)、草酸(H2C204)等。相反地，增加pH的添加劑，也就是tt的化合物，會(huì)降低反應(yīng)率到幾乎沒有氫氣產(chǎn)生的程度。本發(fā)明的溶液可具有小于7的任何pH值，例如pH值從約0.01至約6，并且優(yōu)選地，是從約0.1至約3.0。降低pH值的效果在下文中進(jìn)行討論。在部分實(shí)施例中，反應(yīng)劑可選擇地包括一種催化劑，該催化劑能夠通過增加反應(yīng)劑與燃料元素反應(yīng)速度來的開始/或推動(dòng)氫氣的生成。該選擇的催化劑可具有任何形狀或尺寸，并能夠以任何狀態(tài)(液體、固體或蒸汽)。例如，催化劑可小至粉末狀,或可大如反應(yīng)室。在一些實(shí)施例中，催化劑形成催化劑床。催化劑可位于反應(yīng)室內(nèi)或與反應(yīng)室很接近，只要反應(yīng)劑或燃料化合物中至少一個(gè)與該催化劑接觸。本發(fā)明的催化劑可包括一個(gè)或多個(gè)元素周期表中vmB族的過渡金屬。例如，催化劑可包括過渡金屬，例如鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉑(Pt)、銀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)。此外，IB族的過渡金屬，即銅(Cu),銀(Ag)和敘Au)，及HB族中的，也就是鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)也可作為本發(fā)明的催化劑。催化劑還可包括，但不限于，其它過渡金屬，鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)以及錳(Mn)。本發(fā)明可用的過渡金屬催化劑公開于美國專利案號(hào)5,804,329，通過引用整體結(jié)合入本申請(qǐng)。本發(fā)明的催化劑大致可以下列化學(xué)式來定義MaXb其中M是過渡金屬的陽離子，X為陰離子，"a"以及"b"為1至6的整數(shù)，用以平衡過渡金屬絡(luò)合物的帶電數(shù)。過渡金屬適當(dāng)?shù)年栯x子包括，但不限于，鐵(II)(Fe2+)、鐵(III)(Fe3+)、鈷(0)2+)、鎳(II)(Ni2十)、鎳(III)(Ni3+)、釘(III)(Ru3+)、4l(IV)(Ru4+)、釕(V)(Ru5+)、釕(VI)(Ru6+)、釕(VIII)(Ru8+)、銠(III)(Rh3+)、銠(IV)(Rh4+)、銠(VI)(Rh")、鈀(Pd,、鋨(111)(033+)、鋨(IV)(0s4+)、鋨(V)(Os5+)、鋨(VI)(Os6+)、鋨(VIII)(Os8+)、銥(III)(Ir3+)、銥(IV)(Ir4十)、銀(vi)(ir6+)、銷n(pt2+)、銷ni(pt3+)、銷iv(pt4+)、伯vi(pt6+)、銅(i)(cu+)、銅(II)(Cu2+)、銀(I)(Ag+)、銀(II)(Ag2,、金(I)(Au+)、金(III)(Au3+)、鋅(Zn2+)、鎘(Cd2十)、汞(i)(Hg+)、汞(n)(Hg2+)等等。適當(dāng)?shù)年庪x子包括，但不限于，氫離子(H.)、氟離子(F.)、氯離子(cr)、溴離子(Br-)、碘離子(r)、氧離子(o"、硫離子(s"、氮離子(N"、磷離子(p40、次氯酸根離子(C10')、亞氯酸根離子(CKV)、氯酸根離子(CKV)、過氯酸根離8子(C1(V)、亞硫酸根離子(so,)、硫酸根離子(scV-)、硫酸氫根離子(HS(V)、氫氧根離子(OH-)、氰根離子(CN》、硫氰酸根離子(SCN-)、氧氰酸根離子(OCN-)、過氧根離子(022—)、錳酸根離子(MnO,)、過錳酸根離子(Mn(V)、重鉻酸根離子(&207"、碳酸根離子(CO,)、碳酸氫根離子(HCOO、磷酸根離子(PO,)、磷酸氫根離子(HPCV)、磷酸二氫根離子(H2P(V)、鋁酸根離子(八12042—)、砷酸根離子(AsO—)、硝酸根離子(NCV)、醋酸根離子(CH3C00—)、草酸根離子((32042—)等等。本發(fā)明優(yōu)選的催化劑為CoCl2。在部份示例中，選擇性添加劑可包含于反應(yīng)劑和/或反應(yīng)室。此選擇性添加劑是任何組合物，該組合物能夠?qū)嵸|(zhì)上阻止反應(yīng)劑和成燃料成分凝固或,氐其的凝固點(diǎn)。在部分示例中，添加劑可為醇基組合物，例如防凍劑。本發(fā)明的添加劑優(yōu)選為甲醇(CH3OH)。其它適當(dāng)?shù)姆纼鰟┌?，但不限于，乙?CH3CH20H)以及n-丙醇(例如l-丙醇(CH3CH2CH20H)或2-丙醇(CH3CHOHCH3))。較高醇類亦可使用，但由于其在水中的低穩(wěn)定度而不是最優(yōu)選的。較高醇類包括丁醇(CH3CH2CH2CH20H)、戊醇(CH3CH2CH2CH2CH20H)以及己醇(CH3CH2CH2CH2CH2CH20H)。然而，如上文所述，可以使用任何能夠降低反應(yīng)物和/或燃料成分凝固點(diǎn)的添加劑。還可以使用增加或者降低氣化點(diǎn)或沸點(diǎn)的添加劑》在下述討論中，硼氫化鈉只是用以說明目的。本發(fā)明可適用于包括上述的金屬氫化物燃料在內(nèi)的任何能夠釋放出氫氣的燃料，。描述硼氫化鈉與水反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量方程(stoichiometricequation)如下1摩爾NaBH4+2摩爾H20—4摩爾(H^+1摩爾NaB02(催化劑)此反應(yīng)式可轉(zhuǎn)換成如下質(zhì)量平衡方程，對(duì)一克NaBH4來說，可獲得一定理想數(shù)量的氫氣燃料1克NaBH4+0.952克H20—0.213克(H。+1.74克NaB02(催化劑)化學(xué)計(jì)量對(duì)質(zhì)量的轉(zhuǎn)換可由査出化學(xué)計(jì)量方程式中每摩爾化合物的質(zhì)量并加以正規(guī)化(normalize)為1克的硼氫化鈉來獲得。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，方程式左邊的總質(zhì)量應(yīng)與方程式右邊的總質(zhì)量相等。上述質(zhì)量平衡方程顯然滿足此條件，而不會(huì)有不確定舍入(rounding)。固體硼氫化鈉與水的理想重量(或質(zhì)量)比例為1:0.952或接近1:1。因此，適當(dāng)?shù)尼尫欧椒☉?yīng)從1克的硼氫化鈉或0.952克水獲得0.213克的氫氣以最大化硼氫化鈉釋放的氫。實(shí)際進(jìn)行實(shí)施例以確定硼氫化鈉與水反應(yīng)的效率。首先，根據(jù)以下比例制備以水作為主要反應(yīng)劑，氯化鈷作為催化劑，甲醇作為防凍劑的液狀反應(yīng)劑蒸餾水H20:14.58克CH3OH:2.06克CoCl2:0.686克總計(jì)17.326克制備的液體反應(yīng)劑具有約5.4的pH值。在下述兩個(gè)示例中，第一個(gè)例子于大量所制備的液體反應(yīng)劑中加入少量固體硼氫化鈉，而第二個(gè)例子則于大量固體硼氫化鈉中加入少量所制備的液體反應(yīng)劑。在這些實(shí)施例中，較少量的反應(yīng)劑或燃料被完全反應(yīng)。第一實(shí)施例在17.6毫升(17.326克)所制備的液體反應(yīng)劑中加入0.1克劑量固態(tài)硼氫化鈉的固體反應(yīng)劑。硼氫化鈉與液體反應(yīng)劑的重量比約為1:173,與水的比例則約為1:146。因?yàn)闅錃猱a(chǎn)生裝置或卡匣需同時(shí)放置催化劑、酸以及防凍劑，以下的計(jì)算將使用固態(tài)硼氫化鈉與整體液體反應(yīng)劑的重量比，而不是固態(tài)硼氫化鈉與水的比。在本實(shí)施例中，選擇液體的體積以確保所有可用的硼氫化鈉都參加反應(yīng)，而且所選定的體積大于上述討論的化學(xué)計(jì)量/質(zhì)量平衡方程中所需的體積。反應(yīng)劑被置于一個(gè)具有87.4毫升體積的裝置(fixture)中。因此，氫氣實(shí)質(zhì)上可用的體積為裝置M3、與反應(yīng)劑體積的差，約69.8亳升。在硼氫化鈉被加入所制備的液體反應(yīng)劑并與其反應(yīng)后，《柳壓力傳感器(tonsducer)測(cè)量裝置的內(nèi)部壓力。所測(cè)得的壓力示于下圖。在反應(yīng)開始后一分鐘內(nèi)，裝置內(nèi)達(dá)到最大壓力43.8磅/英寸"psi)。下圖顯示了產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量與時(shí)間的相似曲線，此外亦顯示出大部分的質(zhì)量是在M生。質(zhì)量是以下述的理想氣體方程式由壓力曲線算出:PV=mRHT其中iHi力11!=氫氣質(zhì)量11^氫氣常數(shù)=通用氣體常數(shù)+H2的分子量丁=絕對(duì)溫度11質(zhì)量產(chǎn)生率對(duì)時(shí)間是質(zhì)量對(duì)時(shí)間曲線的導(dǎo)數(shù)，示于下圖。<image>imageseeoriginaldocumentpage12</image>上圖顯示大部份的氫氣質(zhì)量是在反應(yīng)開始以后的初期產(chǎn)生的。既然產(chǎn)生的氫氣被燃料電池使用而供電于電子設(shè)備，另一個(gè)有用的測(cè)量?jī)x(gauge)是用以確定在反應(yīng)劑間的反應(yīng)之后給燃料電池供電的氫氣燃料的量。上述三圖顯示在起始反應(yīng)后氫氣快速生成，且該反應(yīng)隨后實(shí)質(zhì)上相對(duì)迅速地停止。快速的氫氣產(chǎn)生減少儲(chǔ)存或?qū)Ξa(chǎn)生的氫氣加壓的需要，直到燃料電池消耗掉燃料?？焖偻Ｖ狗磻?yīng)的能力亦降低累積的壓力，特別是在系統(tǒng)關(guān)閉以后。此外，當(dāng)使用較少劑量的燃料時(shí)，反應(yīng)室的尺寸亦可減小。在一個(gè)實(shí)施例中，假設(shè)燃料電池消耗率，下圖顯示上述反應(yīng)的燃料電池運(yùn)作時(shí)間(runtime)和電子裝置運(yùn)作時(shí)間。運(yùn)作時(shí)間時(shí)間(，)運(yùn)作時(shí)間曲線顯示在反應(yīng)開始后一分鐘，燃料電池或裝置的運(yùn)作時(shí)間大約6分鐘。在反應(yīng)后兩分鐘，燃料電池或裝置的運(yùn)作時(shí)間大約4.8分鐘；反應(yīng)開始后三分鐘,燃料電池或裝置的運(yùn)作時(shí)間大約3.6分鐘。此曲線可視為顯示剩余的氫氣燃料的一種燃料測(cè)量?jī)x。在本實(shí)施例中，在大約六分鐘后，需要另一反應(yīng)提供持續(xù)的燃料給燃質(zhì)量產(chǎn)生率對(duì)時(shí)間——質(zhì)量率入--------------------———--—-即勝拿霍52515ooo料電池或電子裝置。上述液體反應(yīng)劑的體積或質(zhì)量可,氐，只要壓力曲線，質(zhì)量產(chǎn)生率曲線和/或運(yùn)作時(shí)間曲線根據(jù)本發(fā)明所公開的內(nèi)容并沒有顯著地改變?？蛇x擇地，壓力產(chǎn)生率、質(zhì)量產(chǎn)生率以及運(yùn)作時(shí)間可與降低體積的需要平衡。換句話說，壓力產(chǎn)生率、質(zhì)量產(chǎn)生率以及運(yùn)作時(shí)間可降低到氫氣產(chǎn)生裝置的體積最小化的程度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可在未到達(dá)最高可能的反應(yīng)效率下將能量密度最大化。第二實(shí)施例對(duì)照第一個(gè)實(shí)施例，將一預(yù)備好劑量的液體反應(yīng)劑加入較大劑量的固體硼氫化鈉中。在2克的硼氫化鈉中加入0.31克的預(yù)備好的液體反應(yīng)劑。該劑量是依照允許所有預(yù)備的液體反應(yīng)劑與硼氫化鈉的直接接觸而選擇的。由于該液體實(shí)際上無法與更多的固體反應(yīng)劑接觸，因此并不需要更大量的硼氫化鈉。以下紀(jì)錄的結(jié)果限于現(xiàn)有的配方以及其它改良或獲得更好結(jié)果和實(shí)用性的配方。壓力、質(zhì)量、質(zhì)量產(chǎn)生率以及運(yùn)作時(shí)間曲線(runtimecurves)則依照上述程序產(chǎn)生，并繪示于下列圖示。壓力對(duì)時(shí)間01-^-~~——r~~-^-_^-j0.0020.0040.0060.0080.00漁OO殘一一質(zhì)量率——運(yùn)作時(shí)間質(zhì)量產(chǎn)生率對(duì)時(shí)間時(shí)間(，)上述圖表顯示出第二個(gè)實(shí)施例，花了比第一個(gè)實(shí)施例更長(zhǎng)的時(shí)間，約70分鐘，達(dá)到最大壓力值約19.1psi，此壓力比第一個(gè)實(shí)施例要低許多。質(zhì)量生產(chǎn)率在20分鐘后仍然很顯著，同樣地在40分鐘后亦然。值得注意地，在反應(yīng)開始后，運(yùn)作時(shí)間隨u一即勝童霜即只有大約(X2分鐘，且運(yùn)作時(shí)間總計(jì)小于起始反應(yīng)后大約半分鐘。上述結(jié)果顯示在硼氫化鈉中添加少量液體反應(yīng)劑只釋放出少量的氫氣，并且要適當(dāng)給予燃料電池或電子裝置能源，需要持續(xù)或不斷添加上述液體反應(yīng)劑。另外從上述兩實(shí)施例導(dǎo)出的另一結(jié)果顯示，對(duì)第一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)該理想氣體方程式(idealgasequatbn)以0.1克的硼氫化鈉而言，所得的最大壓力43.8psi所對(duì)應(yīng)的氫產(chǎn)生量總計(jì)大約0.01737克。換句話說，1.0克的硼氫化鈉產(chǎn)生0.1737克的氫氣，或者大約81.5%理想的釋放的氫氣來自上述質(zhì)量衡算方程。在第二個(gè)實(shí)施例，根據(jù)該理想氣體方程式以0.31克預(yù)備的液體反應(yīng)劑或水而言，所得的最大壓力19.1psi對(duì)應(yīng)大約0.00759克的氫氣。因此，根據(jù)上述質(zhì)量衡算方程，0.31克的水理想地應(yīng)提供0.069克的氫氣。第二個(gè)實(shí)施例中所產(chǎn)生的0.00759克氫氣僅達(dá)到大約11%的效率。所以，可看出在大量水中加入固體硼氫化鈉的效率遠(yuǎn)大于在更大量固體硼氫化鈉中加A^R,比例為81.5%:11%或約7.4:1。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，將在氫氣產(chǎn)生裝置中所載有的反應(yīng)劑的重量與體積最小化，從而增加在氫氣產(chǎn)生裝置中所載有的每反應(yīng)劑的量所釋放的氫氣密度。這一點(diǎn)通過減少固體硼氫化鈉與液體反應(yīng)劑的重量比接近于理想比例1:0.952來實(shí)現(xiàn)。可在該液體反應(yīng)劑的pH值越酸時(shí)附氏該重量比。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)兩個(gè)具有不同pH值的液體反應(yīng)劑與同量的硼氫化鈉反應(yīng)時(shí)，當(dāng)其它變量實(shí)質(zhì)上相同時(shí)，與較低pH值的液體反應(yīng)劑的反應(yīng)應(yīng)比與較高pH值的液體反應(yīng)劑要快。已知若上述液體反應(yīng)劑為中性，也就是pH值為7的水，硼氫化鈉與水間的反應(yīng)將耗時(shí)一周來充分完成。當(dāng)上述液體反應(yīng)劑的pH值降為約為5.4時(shí)，反應(yīng)需要大約20分鐘來充分完成。當(dāng)上述液體反應(yīng)劑具有pH值約1.5時(shí)，反應(yīng)則需要約1分種即可實(shí)質(zhì)或充分完成。此外，當(dāng)pH降為小于l.O時(shí)，反應(yīng)所釋放出氫的效率也將如下列實(shí)施例般得到改善。第三實(shí)施例在本實(shí)施例，準(zhǔn)備下述的液體反應(yīng)劑15蒸餾水H20:7.25克CH3OH:1.00克CoCl2:0.34克H7S04:0.90克(9(K92。/。濃度)總計(jì)9.49克這個(gè)準(zhǔn)備的液體反應(yīng)劑測(cè)得pH值約0.15。根據(jù)液體的已知特殊比重，上述液體反應(yīng)劑具有體積約9.18亳升(ml)(或立方厘米(cc))。分別準(zhǔn)備lml(1.03克)，0.75ml(0.78克)以及0.5ml(0.52克)預(yù)備的液體反應(yīng)劑，并與0.1克的硼氫化鈉混合于一4^積約70ml的混合反應(yīng)室中。得到下列結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>上表所列的結(jié)果建議能夠釋放出比硼氫化鈉與水所含的氫更多的氫。這可能是測(cè)量設(shè)備或?qū)嶒?yàn)室設(shè)備所造成的實(shí)驗(yàn)不確定性造成的。添加物中的其它化合物，即甲醇以及硫酸，還可能增加反應(yīng)出的氫而增加整體氫氣的輸出。結(jié)果顯示，當(dāng)pH值降低到小于1.5或更優(yōu)選地在大約0.15的范圍時(shí)，對(duì)有效的氫氣生產(chǎn)，硼氫化鈉與液體反應(yīng)劑的最佳重量比為1:5.2以及1:7.8之間(與理想的氫氣生產(chǎn)比較)。該比例比第一個(gè)實(shí)施例的1:173更接近理想比例1:0.92。此外，在第三個(gè)實(shí)施例中，可通過將固體反應(yīng)劑添加到液體反應(yīng)劑，或者反的亦然，來獲得相同的結(jié)果。如上所述，在盒或氫氣產(chǎn)生裝置中所載有的每反應(yīng)劑的體積可恢復(fù)或可釋放的氫密度對(duì)于盒的設(shè)計(jì)是重要的因素。所以，希望在保持高氫氣生產(chǎn)效率的同時(shí)降低反應(yīng)劑的體積，也就是將能量密度最大化。因此，如所示的那樣，在保持氫氣生產(chǎn)的高效率的同時(shí)，降低液體反應(yīng)劑的pH值能夠提高每反應(yīng)劑體積可釋放氫氣的密度。圖1顯示了一個(gè)示例氫氣產(chǎn)生裝置127。裝置或盒127包括固體燃料成分部分107，保持一個(gè)腔中，鄰近填充了液體燃料成分122的腔。任一燃料成分可為本發(fā)明所描述的任何一種燃料成分，例如使用硼氫化鈉作為固體燃料成分107,以及水、催化劑和添加劑作為液體燃料成分122。固體燃料成分107以及液體燃料成分122被易碎薄膜104所分隔。桿103與固體燃料成分107接觸,并延伸穿過一個(gè)燃料導(dǎo)管113，并且經(jīng)由覆蓋105延伸出裝置127。當(dāng)對(duì)桿103施加充足的力量時(shí)，該桿會(huì)朝向固體燃料成分107少量移動(dòng)。O型環(huán)102緩沖此作用并將開口密封。當(dāng)桿103被敲擊，桿103推動(dòng)固體燃料成分穿過易破薄膜104進(jìn)入液體燃料成分122。在液體燃料成分122下方亦可提供一個(gè)空間109,并且該空間由彈性薄膜108所分隔，例如為橡膠或氨基甲酸乙酯的薄片。由于額外的固體燃料成分107,空間109允許液體燃料成分122較大的體積充分?jǐn)U展。當(dāng)燃料成分107，122反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生燃料氣體。該燃料通過燃料導(dǎo)管113并且進(jìn)入燃料儲(chǔ)存器(未示出)從而填充其中的燃料氣體。裝置127還包括基座部分lll?？梢允褂眠@里所描述的燃料的其他合適的氣體產(chǎn)生裝置在兩個(gè)(2)共同擁有待審未決的臨時(shí)申請(qǐng)中進(jìn)行了描述，兩個(gè)申請(qǐng)的名稱均為"HydrogenGeneratingFuelCellCartridges",申請(qǐng)入2005年6月13日,序列號(hào)為60/689,538和60/689,539。'538和539臨時(shí)申請(qǐng)與名稱為"FuelsforHydrogenProducingCartridges",序列號(hào)為60/689,572于同一天申請(qǐng)，均為2005年6月13日。本申請(qǐng)要求'572號(hào)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。通過引用將這些臨時(shí)申請(qǐng)整體結(jié)合入本申請(qǐng)中。其它適合的氣體產(chǎn)生裝置包括在共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2005/0074643,于2005年2月25日提出申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案號(hào)11/067,167名稱為"HydrogenGeneratingFuelCellCartridges",以及于2006年1月6日提出申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案號(hào)11/327,580名稱為"Hydrogen-GeneratingFuelCellCartridges"。亦通過引用將這些非臨時(shí)中請(qǐng)整體結(jié)合入本申請(qǐng)中。另一適合的氣體產(chǎn)生裝置顯示于附圖2及3中。如圖所示，氣體產(chǎn)生裝置200具有一通常為圓柱狀的外殼202。然而，外殼202可為任何形狀。如圖所示外殼202的一端與密封端蓋204相連接，另一端連接至端蓋206。端蓋206確定流動(dòng)通道208，以允許在裝置200中產(chǎn)生氫氣從而流到燃料電池(未示出)。通道208流tt接至一關(guān)閉閥210以控制氫氣流向裝置外。當(dāng)閥210關(guān)閉時(shí)，裝置200被密封?？墒褂萌魏侮P(guān)閉閥。適合的關(guān)閉閥包括共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開案號(hào)2005/0022883和2005/0116190，以及共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開案于2004年11月1曰提出申請(qǐng)的10/978,949和于2004年10月5曰提出申請(qǐng)的10/958,574,以及于2005年7月18曰提出申請(qǐng)的60/699,865所公開的。通過引用將這些申請(qǐng)整體結(jié)合入本申請(qǐng)中。燃料載體212設(shè)置于外殼202中，在一優(yōu)選實(shí)施例中該載似目對(duì)于外殼202固定。燃料載體212,如附圖3所示，具有十字形輪廓，四個(gè)垂直部分中的一個(gè)載有多個(gè)燃料囊或安瓿(ampoule)214。如下所述，燃料載體212可為任何形狀或輪廓，只要燃料載體212具有允許產(chǎn)生的氫氣流向端蓋206以及通道208的開口，并允許產(chǎn)生的氣體向自動(dòng)關(guān)閉機(jī)構(gòu)216施加壓力。所述開口可以是附圖3中所示的十字形輪廓的垂直部分之間的空間218。如圖所示，燃料囊214還僅被四個(gè)垂直部份中的一個(gè)所承載。然而，燃料囊214可被燃料載體212的任一部份承載，且能被燃料載體212的所有部份來承載。每一個(gè)燃料囊214具有被薄膜104隔離的固體燃料成分107以及液體燃料成分122，與圖1所示的氣體產(chǎn)生裝置127所示的相似。一旦薄膜104被扯破或破裂，固體與液體燃料/反應(yīng)劑如上所述即混合而產(chǎn)生氫氣。同樣如上文所描述的，液體與固體燃料的用量是預(yù)先測(cè)量或預(yù)先確定的以使產(chǎn)生的氫氣最大化。燃料載體212還包括盤簧220。盤簧220的一端位于關(guān)閉機(jī)構(gòu)216的凹穴222處，且在所有的燃料囊214中盤簧220延伸與薄膜104連接。如所裝配的，盤簧220是預(yù)先放置的，使其具有盤繞到凹穴222中的傾向。當(dāng)盤簧盤繞時(shí)，它依序由鉤子或類似裝置來破壞薄膜104和燃料容器214,直到盤繞動(dòng)作停止或者當(dāng)盤簧完全重新盤繞于凹穴222中。關(guān)閉機(jī)構(gòu)216具有伸縮臂或臂224。臂224確定槽223，并且燃料載體212具有承載銷225a的延伸225。將銷225a容納在槽223中，當(dāng)關(guān)閉機(jī)構(gòu)216往端蓋204移動(dòng)時(shí)，臂224往下延伸。當(dāng)關(guān)閉機(jī)構(gòu)216從端蓋204移開，臂224往上延伸。當(dāng)臂224充分往下延伸到凹穴222的盤簧220時(shí)，其碰觸或接觸彈簧從而阻止盤繞動(dòng)作。關(guān)閉機(jī)構(gòu)216與端蓋204通過間隔226來隔開，其充滿有氣體或壓縮氣體，例如空氣、氮?dú)饣驓錃狻？障?26中的氣體是作為氣體彈簧。當(dāng)氫氣生產(chǎn)速度大于可消耗的范圍時(shí)或當(dāng)閥210關(guān)閉時(shí)，在外殼202內(nèi)的內(nèi)部壓力增加。該壓力作用于關(guān)閉機(jī)構(gòu)216趨向于將其推向端蓋204對(duì)氣體彈簧226施力。當(dāng)此內(nèi)部壓力超過一預(yù)定的閾值，臂224按壓盤簧220從而停止盤繞動(dòng)作和破壞薄膜104。因此，停止氫氣的生產(chǎn)。當(dāng)閥210打開時(shí)，氫氣被轉(zhuǎn)換或在外殼202中產(chǎn)生，因而附氐氣體產(chǎn)生裝置200的內(nèi)部壓力。由于內(nèi)部壓力降低，氣體彈簧226將關(guān)閉機(jī)構(gòu)從端蓋204推開，且臂224從盤簧220移開而恢復(fù)盤繞動(dòng)作。在本實(shí)施例中，在氣體產(chǎn)生裝置200的內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定的閾值時(shí)，通過停止由破壞額外的薄末引起的反作用，關(guān)閉機(jī)構(gòu)216自動(dòng)停止氣體的產(chǎn)生。當(dāng)內(nèi)部壓力降低到低于該閾值時(shí)，通過繼續(xù)破壞未反應(yīng)燃料囊214的薄膜104,關(guān)閉機(jī)構(gòu)自動(dòng)允許氣體產(chǎn)生的恢復(fù)。氣體彈簧226可以其它彈簧取代，例如螺旋式彈簧，壓縮泡沬或其它彈簧。有利地，氣體產(chǎn)生裝置200僅具有兩個(gè)移動(dòng)部件，也就是關(guān)閉機(jī)構(gòu)216以及盤簧220。當(dāng)氣體產(chǎn)生裝置200剛組裝時(shí)或在第一次使用前，還可將氣體產(chǎn)生裝置200充滿加壓氣體，例如氫氣，以啟動(dòng)關(guān)閉裝置216從而預(yù)防盤簧220的重新盤繞，直至用戶第一次開啟閥210。此外，可以與關(guān)閉機(jī)構(gòu)216分別形成凹穴222,當(dāng)該關(guān)閉機(jī)構(gòu)移動(dòng)的時(shí)候，該凹穴仍然是穩(wěn)定的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在了解本發(fā)明以及本發(fā)明所公開的實(shí)施例，將很容易推衍出本發(fā)明的其它實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例僅作為示例，而不用以限制本發(fā)明。本發(fā)明應(yīng)以后列的申請(qǐng)專利范圍定義的。19權(quán)利要求1.一種化合物，包括一種金屬氫化物；以及一種液體反應(yīng)劑，其具有小于約1.5的pH值，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑反應(yīng)釋放氫氣。2.如權(quán)利要求l的化合物，其中該金屬氫化物為硼氫化鈉的固態(tài)形式。3.如權(quán)利要求l的化合物，其中該液體反應(yīng)劑的pH小于約1.0。4.如權(quán)利要求3的化合物，其中該液體反應(yīng)劑的pH約為0.15。5.如權(quán)利要求l的化合物，其中該液體反應(yīng)劑包含水、催化劑和酸。6.如權(quán)利要求5的化合物，其中該催化劑為氯化鈷且該酸為硫酸。7.如權(quán)利要求5的化合物，其中該液體反應(yīng)劑還包含防凍劑。8.如權(quán)利要求l的化合物，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑的重量比小于約1:10.0。9.如權(quán)利要求8的化合物，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑的重量比小于約1:8.0。10.如權(quán)利要求8的化合物，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑的重量比大于約1:5.0。11.一種氣體產(chǎn)生裝置，包括一種金屬氫化物；以及一種液體反應(yīng)劑；其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑反應(yīng)釋放氫氣，且該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑的重量比小于約1:10.0。12.如權(quán)利要求11的氣體產(chǎn)生裝置，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑的重量比小于約1:8.0。13.如權(quán)利要求11的氣體產(chǎn)生裝置，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑的重量比大于約1:5.0。14.如權(quán)利要求11的氣體產(chǎn)生裝置，其中該液體反應(yīng)劑的pH小于約1.5。15.如權(quán)利要求14的氣體產(chǎn)生裝置，其中該液體反應(yīng)劑的pH小于約l.O。16.如權(quán)利要求15的氣體產(chǎn)生裝置，其中該液體反應(yīng)劑的pH小于約0.15。17.如權(quán)利要求11的氣體產(chǎn)生裝置，其中該液體反應(yīng)劑包含水、醇或弱酸。18.如權(quán)利要求11的氣體產(chǎn)生裝置，其中該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑被薄膜隔開。19.如權(quán)利要求11的氣體產(chǎn)生裝置，還包括多個(gè)燃料盒，其中每個(gè)燃料盒包含通過薄膜隔開的預(yù)定量的金屬氫化物及預(yù)定量的液體反應(yīng)劑。20.如權(quán)利要求19的氣體產(chǎn)生裝置，其中通過可移動(dòng)的能量存儲(chǔ)元件可將該薄膜破壞，使得該金屬氫化物與該液體反應(yīng)劑能夠反應(yīng)以產(chǎn)生氫氣。21.如權(quán)利要求20的氣體產(chǎn)生裝置，還包括一個(gè)自動(dòng)關(guān)閉機(jī)構(gòu)，所述關(guān)閉機(jī)構(gòu)響應(yīng)該氣體產(chǎn)生裝置的內(nèi)部壓力，當(dāng)該內(nèi)部壓力超越一預(yù)定閾值壓力時(shí)，該關(guān)閉機(jī)構(gòu)使該能源存儲(chǔ)元件停止移動(dòng)。22.如權(quán)利要求21的氣體產(chǎn)生裝置，其中該關(guān)閉機(jī)構(gòu)通過支持彈簧支持，該支持彈簧作用于該關(guān)閉機(jī)構(gòu)以平衡內(nèi)部壓力。23.如權(quán)利要求22的氣體產(chǎn)生裝置，其中該支持彈簧提供該預(yù)定的閾值壓力。24.如權(quán)利要求20的氣體產(chǎn)生裝置，其中該可移動(dòng)的能源存儲(chǔ)元件包括一個(gè)盤簧。25.如權(quán)利要求24的氣體產(chǎn)生裝置，其中該盤簧包括一個(gè)鉤狀物以破壞該薄膜。全文摘要本發(fā)明增加從金屬氫化物燃料以及液體反應(yīng)劑之間的反應(yīng)所產(chǎn)生或釋放的氫氣的量。本發(fā)明還通過降低液體反應(yīng)劑的pH值來減小氫氣產(chǎn)生盒的體積。文檔編號(hào)C10J3/02GK101495602SQ200680029342公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2006年6月12日優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日發(fā)明者安東尼·史格洛依·二世,安德魯·J·庫瑞羅,康士坦士·R·斯蒂芬,邁克爾·居里婁申請(qǐng)人:法商Bic公司