(57)【要約】  第１ポリマーを含んでなる第１層と第１金属を含んでなる第２層とを含んでなる第１ハウジングを具備してなるカートリッジであって、前記第１ハウジングが、アルコール燃料又は炭化水素燃料を含有する、前記カートリッジ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ポリマーを含んでなる第１層と
第１金属を含んでなる第２層とを含んでなる第１ハウジングを具備してなるカートリッジであって、
前記第１ハウジングが、アルコール燃料又は炭化水素燃料を含有する、前記カートリッジ。
【請求項２】
第２ハウジングを更に具備してなり、前記第１ハウジングが前記第２ハウジング内に配置されている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記第２ハウジングが、メンブレン・ベントを含む、請求項１又は２のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記第１層及び前記第２層が同一の広がりを持つ、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記第１ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記第１ハウジングが、第３層を更に含んでなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記第３層が、第２ポリマーを含んでなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記第３層が、第２金属を含んでなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記第１ハウジングが、金属化ポリマーを含んでなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記第１ハウジングが、ハロゲン化ポリマー、ガラス、セラミック、炭素、又はこれらの組み合わせを含んでなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
前記第１ポリマーが、最大１．６×１０−４μｇ−ｃｍ／ｃｍ２−ｓのメタノール透過係数を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記第１ポリマーが、最大５×１０−１５ｃｍ３（ＳＴＰ）−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ−Ｐａの酸素透過係数を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、且つ構成要素及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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することができる装置である。一般に燃料電池は、アノード及びカソードと呼ばれる２つの電極と、該電極間に配置される固体電解質を備える。アノードはアノード触媒を含有し、カソードはカソード触媒を含有する。膜電解質のような電解質は、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。電極及び固体電解質は、２つのガス拡散層（ＧＤＬｓ）間に配置することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料電池の作動中、反応体は適切な電極に導かれる。アノードでは、反応体（類）（アノード反応体（類））は、アノード触媒と相互作用して、イオン及び電子のような反応中間体を形成する。イオン反応中間体は、アノードから電解質を通ってカソードへ流れ得る。しかし、電子は、アノードから、アノード及びカソードに電気的に連結している外部負荷を通ってカソードへ流れる。電子が外部負荷を通って流れると、電気エネルギーが提供される。カソードでは、カソード触媒は、他の反応体（類）（カソード反応体（類））、アノードで形成された中間体、及び電子と相互作用して、燃料電池反応を完結させる。
【０００４】
例えば、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）と呼ばれることもある燃料電池の一種では、アノード反応体としてはメタノール及び水が挙げられ、カソード反応体としては酸素（例えば空気から）が挙げられる。アノードではメタノールが酸化され、カソードでは酸素が還元される：
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−        （１）
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ              （２）
ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２  →  ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ          （３）
式（１）に示されるように、メタノールの酸化は、二酸化炭素、プロトン、及び電子を生成する。プロトンは、アノードから電解質を通ってカソードへ流れる。電子は、アノードから外部負荷を通ってカソードへ流れ、それにより電気エネルギーを提供する。カソードでは、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、全体的な燃料電池反応を示している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃料電池システムに関し、且つ構成要素及び方法に関する。
【０００６】
一態様においては、本発明は、ポリマーを含む第１層と金属を含む第２層とを包含するハウジングを備えたカートリッジを特徴とする。前記ハウジングは、アルコール燃料（例えば、メタノール）又は炭化水素燃料を含有する。
【０００７】
別の態様では、本発明は、金属化ポリマー及び／又はハロゲン化ポリマーを包含するハウジングを備えたカートリッジを特徴とする。前記ハウジングは、アルコール燃料又は炭化水素燃料を含有する。
【０００８】
追加の態様では、本発明は、第１ポリマー層及び前記第１ポリマー層と接触する第２ポリマー層を包含するハウジングを備えたカートリッジを特徴とする。前記ハウジングは、アルコール燃料又は炭化水素燃料を含有する。
【０００９】
更なる態様では、本発明は、ポリマー及びガラス、セラミック、及び／又は炭素を包含するハウジングを備えたカートリッジを特徴とする。前記第１ハウジングは、アルコール燃料又は炭化水素燃料を含有する。
【００１０】
実施形態には、次の特徴の１つ以上を含めることができる。
【００１１】
前記カートリッジは、少なくとも２つのハウジングを包含することができる。幾つかの実施形態では、カートリッジの１つのハウジングは、カートリッジの別のハウジング内に配置することができる。ある実施態様においては、カートリッジの少なくとも１つのハウジングは、メンブレン・ベントを包含することができる。
【００１２】
前記ハウジングは、最大０．１３ｍｍ（０．００５インチ）の厚さを有することができる。前記ハウジングは、最大約０．１３ｍｍ（５ミル）（例えば、最大約０．１０ｍｍ（４ミル）、最大約０．０８ｍｍ（３ミル）、最大約０．０５ｍｍ（２ミル）、最大約０．０４ｍｍ（１．５ミル）、最大約０．０３ｍｍ（１ミル）、最大約０．０１３ｍｍ（０．５ミル））の厚さを有する層を包含することができる。幾つかの実施形態では、ハウジングは、シーラントを包含しないことがある。
【００１３】
前記金属は、アルミニウムであることができる。
【００１４】
前記ポリマーは、プラスチックであることができる。前記ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらの組み合わせを包含することができる。
【００１５】
前記ハウジングは、金属化及び／又はハロゲン化（例えば、フッ素化）ポリマーを包含することができる。前記金属化ポリマーは、ポリマー及び金属を包含することができる。
【００１６】
前記ポリマーは、最大約１．６×１０−４μｇ−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ及び／若しくは少なくとも約０μｇ−ｃｍ／ｃｍ２−ｓのメタノール透過係数並びに／又は最大約５×１０−１５ｃｍ３（ＳＴＰ）−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ−Ｐａ及び／又は少なくとも約０ｃｍ３（ＳＴＰ）−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ−Ｐａ（例えば、１ヶ月の期間保管後、且つ／又はハウジング内体積対ハウジング内面積の比が０．４４センチメートルにて）のガス（例えば、酸素、窒素）透過係数を有することができる。
【００１７】
前記ハウジングは、ポリマー及び／又は金属（例えば、アルミニウム）を含む層を包含することができる。前記ハウジングは、ポリマー及び／又は金属を含む層によって支持された別層を包含することができる。前記他層は、ポリマー及び／又は金属を含む層上にコーティングを形成することができる。
【００１８】
前記ハウジングは、金属を含む第１層及びポリマーを含む第２層を包含することができる。前記第２層は、前記第１層に積層するか且つ／又は前記第１層と同一の広がりを持つことができる。前記第２層は、前記第１層に接触することができる。幾つかの実施形態では、前記カートリッジ（例えば、カートリッジのハウジング）は、第３層を包含することができる。前記第３層は、ポリマー及び／又は金属を包含することができる。前記第３層中のポリマー及び／又は金属は、前記第２層中のポリマー及び／又は前記第１層中の金属と同一であることもあるいは異なっていることもできる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、前記ポリマー層を同時押出することができる。ある実施態様においては、前記ポリマー層が同一の広がりを持つことができる。幾つかの実施形態では、前記ポリマー層は、互いに積層することができる。前記ポリマー層の少なくとも１つは、ポリビニリデンジクロリド（ＰＶＤＣ）、エチレンビニルアルコールポリマー（ＥＶＯＨ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、又はそれらの組み合わせを包含することができる。
【００２０】
前記ハウジングは、ガラスを含む層を包含することができる。前記ガラスは、シリコン酸化物及び／又は酸化ホウ素を包含することができる。幾つかの実施形態では、前記セラミックは、酸化物、カーバイド、及び／又は窒化物を包含することができる。ある実施態様においては、前記セラミックは、シリコン、ホウ素、アルミニウム、チタン、又はこれらの組み合わせを包含することができる。
【００２１】
実施形態は、以下の利点を１つ以上含むことができる。
【００２２】
前記カートリッジは、保存、取り扱い、及び／又は使用に対して、比較的安全であり得る。例えば、前記カートリッジは、ハウジング内に含有された燃料に対して実質的に不浸透性のハウジングを包含することができる。その結果、前記カートリッジ燃料が漏れる可能性は少ない。
【００２３】
前記カートリッジ内に含有される燃料は、汚染される可能性が少ない。例えば、前記カートリッジは、少なくとも１種類のガス（例えば、酸素、窒素、空気）に対して実質的に不浸透性のハウジングを包含することができる。少なくとも１種類のガスに対して実質的に不浸透性であることによって、前記ハウジングは、このガスがハウジングに入ったり、ハウジング内に含有された燃料にガスが接触したりして、それによって、燃料が汚染したり及び／又は気泡が燃料内に形成されるのを制限又は回避することができる。燃料内の気泡形成は、カートリッジからの燃料の流れを妨げ、且つ／又はカートリッジ内の圧力上昇をもたらす場合があり、それによりカートリッジが破裂したり燃料が吹き出たりする。更に、ガスがハウジングに入った場合、ハウジングから燃料を送達するために使用される燃料供給装置（例えば、ポンプ）の効率を下げる場合がある。
【００２４】
ある実施態様においては、前記カートリッジは、シーラントで密封されていない少なくとも１つのハウジングを包含することができる。例えば、前記ハウジングは、密封可能な（例えば、溶接可能な）物質で形成することができる。幾つかの実施形態では、前記ハウジングは、一緒に密封された密封可能材料の２枚のシートによって形成することができる。ある実施態様においては、シーラントを包含しないハウジング内に含有された燃料は、相対的に汚染され難いと言える。
【００２５】
幾つかの実施形態では、前記カートリッジは、比較的高い機械的強度を有する少なくとも１つのハウジングを包含することができる。例えば、前記ハウジングは、比較的高い降伏強さ、耐破壊性、及び／又は引裂き抵抗を有することができる。その結果、前記ハウジングは、比較的容易に、製造、取り扱い、且つ／又は保管することができる（例えば、前記ハウジングは製造、取り扱い、且つ／又は保管中に壊れ難いと言えるため）。
【００２６】
幾つかの実施形態では、カートリッジハウジングは、該カートリッジ内に含有された燃料と相対的に反応し難く、且つ／又はそれを汚染し難い材料で形成することができる。カートリッジハウジング材料と燃料との間の反応によって、例えば、該ハウジングの機械的安定性が（例えば、該ハウジングが膨潤することによって）低下することがある。
【００２７】
ある実施態様においては、前記カートリッジは、比較的可撓性のある且つ／又は拡張可能な材料で形成された少なくとも１つのハウジング（例えば、ブラダー）を包含することができる。これによって、例えば、前記ハウジングが拡張して燃料を収容し、且つ／又は燃料が消費される際に潰れることが可能になる。前記カートリッジから燃料をポンプで汲み上げるためにポンプが使用される幾つかの実施形態では、折り畳み可能な内部ハウジングが、（例えば、燃料をポンプの方へ向けることによって）ポンプが比較的効率的に動作するための手助けをすることができる。
【００２８】
ある実施態様においては、前記カートリッジは、比較的薄い少なくとも１つのハウジングを包含することができる。例えば、前記カートリッジは、０．１３ｍｍ（０．００５インチ）未満の厚さを有するハウジングを包含することができる（例えば、前記カートリッジが、約１００立方センチメートルの体積を有する場合）。カートリッジハウジングの厚さが減少するに伴い、前記カートリッジハウジングに含有される燃料の体積を増大させることができる。比較的大量の燃料を含有できるカートリッジを、例えば、携帯電源用途（例えば、携帯電話）にて使用することが可能である。
【００２９】
幾つかの実施形態では、カートリッジの少なくとも１つのハウジングは、比較的豊富な且つ／又は容易に入手可能な１種類以上の材料で形成することができる。ある実施態様においては、カートリッジハウジングは、比較的安価に且つ／又は比較的大量に製造することができる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、前記カートリッジは、層間での空気気泡及び／又は燃料気泡の形成が生じ難い多層ハウジングを包含することができる。このような空気気泡及び／又は燃料気泡は、例えば、ハウジングの機械的安定性の低下を引き起こす。
【００３１】
本発明の他の態様、特徴、利点は、図面、説明、及び請求項の中に存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１を参照すると、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）システムなどの燃料電池システム２０が示されている。燃料電池システム２０は、燃料電池スタック２２と、該燃料電池スタックと燃料入口２６を経由して流体連通する燃料源２４（図に示すように、カートリッジ）と、燃料出口２８と、燃料電池スタックと流体連通するカソード反応体（例えば、空気）入口３０と、及びカソード反応体出口３１とを包含する。明瞭にするために、燃料電池スタック２２は、１つの燃料電池３２を持って示される（後述）が、他の実施形態では、燃料電池スタックは、複数の燃料電池（例えば、直列に又は並列に配設されている）を包含する。明確にするために、燃料電池スタック２２は、１つの燃料電池３２（下記）を有するように示されるが、他の実施形態では、燃料電池スタックは、複数個の燃料電池を備える（例えば、直列又は並列に配置される）。簡単に言うと、燃料電池３２は、カートリッジ２４と流体連通するアノード３４と、カソード３６と、アノードとカソードとの間の電解質３８とを含有する。燃料電池３２は、更に２つのガス拡散層（ＧＤＬ）４０及び４２を備え、１つは電解質３８、アノード３４、及びカソード３６のアセンブリの各側面上に１つ配置されている。
【００３３】
図２Ａは、カートリッジ２４の断面図を示す。図２Ａに示すように、カートリッジ２４は、外部ハウジング５０及び外部ハウジング５０内の内部ハウジング５２を含有する。燃料入口５６は、外部ハウジング５０及び内部ハウジング５２の両方を通って伸び、燃料５４と流体連通している。
【００３４】
ここで図２Ｂ及び図２Ｃを参照すると、内部ハウジング５２は、一緒に密封された材料で出来た２つのシート５１及び５３で形成されている。１つの箇所５５では、燃料入口５６のための開口部を提供するために、シート５１及び５３が一緒に密封されていない。燃料５４を含有する内部ハウジング５２は、比較的非柔軟又は比較的柔軟であることができる（例えば、内部ハウジング５２は、可撓性ブラダーの形態をとることができる）。内部ハウジング５２は、１種類以上の層を包含し、且つ１種類以上の材料（例えば、１種類以上のポリマー類、金属類、及び／又は合金類）から形成されている。内部ハウジング５２の材料は、１つ以上の以下の特性を基準にして選択することができる。
【００３５】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、燃料５４と比較的適合する１種類以上の材料を包含することができる。例えば、材料は、比較的燃料５４と化学的に反応し難く、燃料５４と接触して膨潤し且つ／又は燃料５４を汚染することがないものであることができる。メタノールと比較的適合する材料の例としては、ステンレス鋼、アルミニウム、ポリマー積層アルミニウム、及びある種のポリマー類（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）が挙げられる。
【００３６】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、燃料５４に対して実質的に不浸透性である１種類以上の材料を包含することができる。燃料に対して実質的に不浸透性である１種類以上の材料を包含するハウジングは、燃料損失（例えば、保管中）がほとんど無いか又は全く無い。本明細書で使用する時、燃料に対して実質的に不浸透性の材料は、最大約１．６×１０−４μｇ−ｃｍ／ｃｍ２−ｓの燃料透過係数、且つ／又は約１．１×１０−３ｇ／ｃｍ２−日（３０℃にて）未満の燃料透過度を有することができる。
【００３７】
フィルム材料の燃料透過係数（ＰＦ）は、以下の実施例１に記載されているブラダー（バッグ）手順を使用すること及び次式を使用する手順の結果からＰＦを計算することによって決定することができる。
【数１】
2009520337.tif 000003
【００３８】
フィルム材料の燃料透過度（ＱＦ）は、以下の実施例１に記載されているブラダー（バッグ）手順を使用すること及び次式を使用する手順の結果からＱＦを計算することによって決定することができる。
【数２】
2009520337.tif 000004
【００３９】
メタノールに対して実質的に不浸透性であることができる材料の例としては、ステンレス鋼、アルミニウムフォイル、及びポリマー積層アルミニウムが挙げられる。
【００４０】
浸透係数及び透過度（又は伝達速度）は、例えば「浸透性及び拡散データ」（Ｓ．ポーリー（S. Pauly）著、ポリマーハンドブック（第４版、ジョン・ワイリー＆サンズ（John Wiley ＆ Sons）社、１９９９年）、５４３〜５４６頁）に記載されている。
【００４１】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、少なくとも１種類のガス（例えば、酸素、窒素、空気）に対して実質的に不浸透性である１種類以上の材料を包含することができる。例えば、これは、ガスが内部ハウジング５２に入って、燃料５４と接触するのを制限又は回避することができる。ガスがハウジング５２に入った場合、それは燃料５４内に気泡を引き起こす可能性があり、それによって燃料５４を汚染し且つ／又は燃料供給を複雑にする場合がある。場合によっては、ガスが、カートリッジ５２の構成要素、例えばポンプの動作を阻害することがある。本明細書で使用する時、少なくとも１種類のガス（例えば、Ｎ２）に対して実質的に不浸透性の材料は、そのガスに対して最大約５×１０−１５ｃｍ３（ＳＴＰ）−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ−Ｐａの透過係数、且つ／又はそのガスに対して約２．５×１０−３ｃｃ／ｃｍ２−日（３０℃にて）未満の透過度を有することができる。ある実施態様においては、酸素（Ｏ２）に対して実質的に不浸透性の材料は、最大約５×１０−１５ｃｍ３（ＳＴＰ）−ｃｍ／ｃｍ２−ｓ−Ｐａの酸素透過係数且つ／又は約６．２５×１０−４ｃｃ／ｃｍ２−日（３０℃にて）未満の酸素透過度を有することができる。
【００４２】
フィルム材料のガス透過係数（ＰＧ）は、以下の実施例１に記載されているブラダー（バッグ）手順を使用すること及び次式を使用する手順の結果からＰＧを計算すること（その際、「フィルム横断方向のガス分圧低下」は、ブラダー外側のガス分圧とブラダー内のガス分圧との差である）によって決定することができる。
【数３】
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【００４３】
フィルム材料のガス透過度（ＱＧ）は、以下の実施例１に記載されているブラダー（バッグ）手順を使用すること及び次式を使用する手順の結果からＱＧを計算することによって決定することができる。
【数４】
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【００４４】
１種類以上のガスに対して実質的に不浸透性であることができる材料の例（例えば、比較的非腐食性のガス、例えば空気、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒ、Ｈ２、及び／又はＨｅ）としては、ステンレス鋼、アルミニウムフォイル、及びポリマー積層アルミニウムが挙げられる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、水に対して実質的に不浸透性である１種類以上の材料を包含することができる。これにより、例えば、水がハウジング５２に入り、燃料５４を希釈且つ／又は汚染する可能性を制限することができる。本明細書で使用する時、水に対して実質的に不浸透性の材料は、約１μｇ／ｃｍ２−日の水透過度を有することができる。
【００４６】
フィルム材料の水透過度（ＱＷ）は、前記材料からブラダーを形成すること、該ブラダーを燃料（例えば、メタノール）で充填すること、該ブラダーを水中に２４時間浸漬すること、該ブラダーを開けること、且つ次に該ブラダー内部の水分量を測定すること（例えば、カール・フィッシャー（Karl Fisher）滴定を使用して）によって測定することができる。次に、本測定は次式を使用してＱＷを計算するために使用できる。
【数５】
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【００４７】
水に対して実質的に不浸透性であることができる材料の例としては、ステンレス鋼、アルミニウムフォイル、及びポリマー積層アルミニウムが挙げられる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、機械的に比較的安定した１種類以上の材料を包含することができる。機械的に比較的安定した材料は、高温にて、長期間に亘り、例えばそのバリヤー性（例えば、燃料、空気、及び／又は水の浸透性が低い）を維持することができる。ある実施態様においては、機械的に比較的安定した材料は、６０℃の温度で２ヶ月間維持された際に、腐食、脆性、及び／又は層間剥離をほとんど生じない又は全く生じないことができる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、機械的に比較的安定した材料は、少なくとも約１ＭＰａの引っ張り強さを有することができる。本明細書で使用する時、材料の引っ張り強さは、材料の細長い一片を機械的クランプの間に置き、材料が非弾力的に伸長するまで材料を引っ張ることによって測定することができる。換言すれば、力対伸びは、力が減少（材料が不可逆伸びを示し、及び最終的に切断（ultimately severage）する）するまで測定される。本試験は、例えばインストロン（Instron）（登録商標）型式４２０２（インストロン（Instron）（登録商標）社（マサチューセッツ州ノーウッド）より）を使用して実施することができる。幾つかの実施形態では、引張り試験を、熱的に結合させた材料ストリップ上にて実施して、密閉強度を検査することができる。ある実施態様においては、密閉は、少なくとも約１ＭＰａの強度を有することができる。幾つかの実施形態では、機械的に比較的安定した材料は、少なくとも約０．１キログラムの耐破壊性を有することができる。本明細書で使用する時、材料の耐破壊性は、材料シートをクランプすること及び該シートを約１ミリメートルの直径を有する金属プローブと共に加圧成形すること、破壊が生じるまで、増加する力（質量に変換される）を使用することによって測定することができる。本試験は、例えば機器（例えば、ＭＴＳシナジー２００（ＭＴＳシステムズ社（ミネソタ州イーデンプレーリー）））を使用して実施することができる。機械的に比較的強度のある材料の例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、及びポリマー積層アルミニウムが挙げられる。
【００５０】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、比較的柔軟性であることができる。例えば、内部ハウジング５２は、１種類以上の比較的柔軟性の材料を包含することができる（例えば、それで形成することができる）。内部ハウジング５２の可撓性が増大するに伴い、カートリッジ２４からの燃料供給効率及び／又は燃料５４の利用率を増大させることができる。
【００５１】
内部ハウジング５２が１種類以上の比較的柔軟な材料によって形成されている、ある実施形態では、比較的柔軟な該材料は、内部ハウジング５２を過剰吸引なしに折り畳むことができるようにすることができる。幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は十分に可撓性があって、燃料５４の少なくとも９５％を、内部ハウジング５２から、０．０３ＭＰａ（５ｐｓｉ）以下の吸込圧力を使用して抜き取ることができる。ある実施態様においては、内部ハウジング５２は十分に可撓性があって、燃料５４の約１００％を、内部ハウジング５２から、０ＭＰａ（０ｐｓｉ）の吸込圧力を使用して抜き取ることができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、比較的柔軟な材料は、比較的低い曲げ弾性率を有することができる。本明細書で使用する時、材料の曲げ弾性率は、「曲げ」試験装置（例えば、インストロン社（マサチューセッツ州ノーウッド）からの汎用電気機械式試験システム（Universal Electromechanical Testing System））を使用して測定できる。通常は、内部ハウジング５２の１種類以上の材料の曲げ弾性率が減少するに伴い、内部ハウジング５２の可撓性を増大させることができる。比較的柔軟であり得る材料の例としては、ポリマー積層アルミニウムフォイル並びにある種のポリマー類、例えば、ポリオレフィン類、ポリエステル類、ナイロン、ポリエチレン−コ−ポリビニルアルコール、ポリビニリデンジクロリド、及びテフロン（Teflon）（登録商標）が挙げられる。
【００５３】
ある実施態様においては、内部ハウジング５２は、シート５１及び５３を共に比較的容易に密封することができるような１種類以上の材料を包含することができる。例えば、幾つかの実施形態では、シート５１及び５３を共に熱的に密封することができる（例えば、シート５１及び５３を約１５０℃まで、発熱体を使用して加熱することにより）。ある実施態様においては、シート５１及び５３は、溶着によって共に密封することができる。幾つかの実施形態では、シート５１及び５３は、シーラントをほとんど又は全く使わないで密封することができる。シート５１及び５３を密封するために使用するシーラントの量が減るに伴い、内部ハウジング５２内に含有される燃料５４の量を増大させることができ、且つ／又は燃料５４の汚染の可能性を減少させることができる。比較的容易に密封することができる（例えば、シーラントを使用することなく）材料の例としては、ステンレス鋼、アルミニウム、ポリマー積層アルミニウム、シリコーン、並びにある種のポリマー類、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ネオプレンポリクロロプレン（デュポン社（Dupont）より）、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（テフロン（登録商標）、デュポン社（Dupont）より）が挙げられる。
【００５４】
ある実施態様においては、内部ハウジング５２は、内部ハウジング５２を比較的薄くすることができるような１種類以上の材料を包含することができる。例えば、内部ハウジング５２は、１種類以上の熱可塑性（押し出し可能な）ポリマー類、熱ロール加工及び／若しくは電気化学的メッキが可能な１種類以上の金属類、並びに／又は物理蒸着法及び／若しくはスパッタリングによって付着可能な１種類以上の金属類を包含することができる。幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、０．１３ｍｍ未満（０．００５インチ）（例えば、０．１０ｍｍ（０．００４インチ）未満、約０．０８ｍｍ（０．００３インチ））の厚さを有することができる。内部ハウジング５２の厚さが減少するに伴い、カートリッジ２４に占有される空間量を減少させることができ、且つ／又はカートリッジ２４に含有される燃料５４の量を増大させることができる。比較的薄い内部ハウジング５２にて使用可能な材料の例としては、ステンレス鋼、アルミニウム、ポリマー積層アルミニウム、及びある種の単層又は多層ポリマー類（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル類、ナイロン、ポリビニリデンジクロリド、ポリエチレン−コ−ポリビニルアルコール）が挙げられる。
【００５５】
比較的薄い内部ハウジング５２について記載してきたが、幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、比較的厚いものであることができる。例えば、内部ハウジング５２は、少なくとも約０．２５ｍｍ（０．０１インチ）（例えば、少なくとも約０．５１ｍｍ（０．０２インチ））の厚さを有することができる。内部ハウジング５２の厚さが増大するに伴い、ハウジング５２の磨耗耐性、並びに／又は内部ハウジング５２の空気、湿度、及び／若しくは二酸化炭素浸透性は減少することができる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング５２は、１種類以上の比較的安価な材料類、例えば、アルミニウム、ポリマー積層アルミニウム、及びある種のポリマー類（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）を包含することができる。内部ハウジング５２にて使用可能な比較的安価な材料類の他の例としては、積層ポリマーフィルム類、例えば、ＰＥ／ＰＶＤＣ／ＰＥ、ＰＥＴ／ＰＥ／ＥＶＯＨ／ＰＥ、及びＰＥＴ／ＰＥが挙げられる。これにより、例えば、内部ハウジング５２が比較的大量且つ比較的低コストにて製造することができる。
【００５７】
図３〜図９は、１つ以上の上述した特性を有する材料で形成されたハウジングを含む代表的な燃料源を示す。
【００５８】
例えば、図３は、外部ハウジング６２と外部ハウジング６２内の内部ハウジング６４とを含むカートリッジ６０を示す。内部ハウジング６４は、燃料６６を含有する。燃料入口７０は、外部ハウジング６２及び内部ハウジング６４の両方を通って伸び、燃料６６と流体連通している。
【００５９】
内部ハウジング６４は、ハロゲン化ポリマーフィルム７２で形成されている。ハロゲン化ポリマーフィルム７２は、空気及び／又は有機化合物（例えば、有機燃料類）に対して比較的不浸透性であることができる。幾つかの実施形態では、ハロゲン化ポリマーフィルム７２は、ポリマーフィルムの表面をハロゲン又はハロゲン系化合物、例えばフッ素化合物によって処理することにより形成することができる。ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、及びアスタチンが挙げられる。ハロゲン化（例えば、フッ素化）ポリマーフィルムを形成するために使用可能なポリマー類の例としては、ポリエチレン（例えば、高密度ポリエチレン）及びポリプロピレンが挙げられる。
【００６０】
図４は、外部ハウジング１０２と外部ハウジング１０２内の内部ハウジング１０４とを含むカートリッジ１００を示す。内部ハウジング１０４は、燃料１０６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口１１０は、外部ハウジング１０２及び内部ハウジング１０４の両方を通って伸び、燃料１０６と流体連通している。
【００６１】
内部ハウジング１０４は、内側ポリマー層１１４及び外側金属層１１６を含む金属化ポリマーフィルム１１２で形成されている。金属化ポリマーフィルム１１２は、例えば、化学的に比較的安定し且つ空気及び／又は燃料１０６に対して実質的に不浸透性の両方であることができる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、金属化ポリマーフィルム１１２は、１種類以上の金属類をポリマー層１１８上へ堆積することにより形成することができる。金属類は、例えば蒸発法及び／又は真空下で実施されるスパッタリングなどのスパッタリング法を使用して、ポリマー層１１８上へ堆積することができる。一例として、ある実施態様においては、物理的蒸発法を使用することが可能である。前記物理的蒸発法は、金属（例えば、アルミニウム）を昇華又は蒸発させて、高温（例えば、少なくとも約８００℃）且つ／又は低圧（例えば、最大６８．９Ｐａ（０．０１ｐｓｉ））にて気相にすること、続いて該金属をポリマー層１１８上へ堆積して、最終的には金属層１１６を形成することを包含することができる。別の例として、幾つかの実施形態では、スパッタリング法を使用することが可能である。該スパッタリング法は、金属に高運動エネルギーの原子類及び／又はイオン類を衝突させることによって、原子を金属から取り出すことを包含することができる。該金属原子類は、ポリマー層１１８上へ堆積することができ、最終的には金属層１１６層を形成する。
【００６３】
ある実施態様においては、金属化ポリマーフィルム１１２は、薄膜蒸着法を使用して形成することができる。
【００６４】
ポリマー層１１４は、１種類以上のポリマーを包含する。前記ポリマー類は、例えば、比較的安定なものであるように（例えば、燃料１０６とほとんど又は全く反応しない）選択することができる。燃料（例えば、メタノール）の存在下で比較的安定であることができるポリマー類の例としては、ポリオレフィン類、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられる。
【００６５】
金属層１１６は、１種類以上の金属類及び／又は合金類を包含する。該金属類及び／又は合金類は、例えば空気及び／又は燃料１０６に対して実質的に不浸透性であるように選択することができる。空気及び／又は燃料に対して実質的に不浸透性であることができる金属類の例としては、アルミニウム、ニッケル、金、白金、及び銀が挙げられる。空気及び／又は燃料に対して実質的に不浸透性であることができる合金類の例としては、ステンレス鋼、黄銅、及びニッケル−クロムが挙げられる。
【００６６】
金属化ポリマーフィルム１１２は、内側ポリマー層１１４及び外側金属層１１６を含むものとして示されているが、幾つかの実施形態では、金属化ポリマーフィルムは、内側金属層及び外側ポリマー層を包含することができる。ある実施態様においては、金属化ポリマーフィルムは、１種類以上の金属類が部分的に且つ／又は完全に埋め込まれているポリマー層を包含することができる。
【００６７】
図５は、外部ハウジング１５２と外部ハウジング１５２内の内部ハウジング１５４とを含むカートリッジ１５０を示す。内部ハウジング１５４は、燃料１５６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口１５７は、外部ハウジング１５２と内部ハウジング１５４の両方を通って伸び、燃料１５６と流体連通している。
【００６８】
内部ハウジング１５４は、金属層１６０及び金属層１６０に積層されたポリマー層１５８で形成されている。例えば、内部ハウジング１５４は、積層アルミニウムフォイルで形成することができる。幾つかの実施形態では、ポリマー層１５８の金属層１６０への積層は、金属層１６０の機械的安定性を向上させることができ、且つ／又は内部ハウジング１５４の密封をより容易にすることができる。一例として、ある実施態様においては、内部ハウジング１５４は、２つのポリマー積層金属シートで形成することができる。シート状の前記ポリマー層は、お互いに対して比較的容易に密閉し（例えば、比較的低温で）、且つ／又は互いに比較的強力な密閉を形成してよい。
【００６９】
金属層１６０は、１種類以上の金属類を包含する。前記金属類は、例えば空気及び／又は燃料１５６に対して実質的に不浸透性であるように選択することができる。金属類の例としては、アルミニウム、ニッケル、金、銀、及び白金が挙げられる。幾つかの実施形態では、金属層１６０は、アルミニウムフォイルで形成することができる。
【００７０】
ある実施態様においては、金属層１６０は、比較的薄いものであることができる。例えば、金属層１６０は、少なくとも２．５Ｅ−５ｍｍ（１０−６インチ）及び／又は最大０．１３ｍｍ（０．００５インチ）の厚さを有することができる。幾つかの実施形態では、金属層１６０は、０．０１３ｍｍ（０．５ミル）未満の厚さを有することができる。ある実施態様においては、金属層１６０の厚さは、ポリマー層１５８の厚さより小さいものであることができる。
【００７１】
ポリマー層１５８は、１種類以上のポリマーを包含する。前記ポリマー類は、例えば、それらの化学的安定性を理由にして（例えば、該ポリマー類は、燃料１５６とほとんど又は全く反応しないように選択することができる）選択することができる。ポリマー類の例としては、ポリオレフィン類、例えば、ポリエチレン（例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、及びポリプロピレンが挙げられる。幾つかの実施形態では、ポリマー層１５８は、少なくとも約０．００３ｍｍ（０．１ミル）（例えば、少なくとも約０．０２５ｍｍ（１ミル）、少なくとも約０．０８ｍｍ（３ミル））及び／又は最大約０．１３ｍｍ（５ミル）（例えば、最大約０．０８ｍｍ（３ミル）、最大約０．０３ｍｍ（１ミル））の厚さを有することができる。
【００７２】
１つの金属層及び１つのポリマー層を有するハウジングについて記載してきたが、幾つかの実施形態では、カートリッジハウジングは、１種類以上の追加の層を更に包含することができる。例えば、図６は、外部ハウジング２０２と外部ハウジング２０２内の内部ハウジング２０４とを含むカートリッジ２００を示す。内部ハウジング２０４は、燃料２０６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口２０８は、外部ハウジング２０２及び内部ハウジング２０４の両方を通って伸び、燃料２０６と流体連通している。
【００７３】
内部ハウジング２０４は、２つの層２１０及び２１２、並びにポリマー層２１０及び２１０の間の金属層２１４の３層で形成されている。幾つかの実施形態では、ポリマー層２１０及び２１２は、金属層２１４へ積層することができる。ポリマー層２１０及び２１２は、１種類以上のポリマー材料類、例えば、カートリッジ１５０に関して前述したポリマー材料類を包含する。ある実施態様においては、ポリマー層（例えば、内部ハウジング２０４の外層である、ポリマー層２１０）は、以下のポリマー類、即ちナイロン、ポリエステル類、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、及びエチレンビニルアルコールポリマーのうち１種類以上を包含することができる。金属層２１４は、１種類以上の金属類、例えば、カートリッジ１５０に関して前述した金属類を包含する。
【００７４】
少なくとも１種類の金属層及び少なくとも１種類のポリマー層を有する多層ハウジングについて記載してきたが、幾つかの実施形態では、カートリッジは、異なった組み合わせの材料で形成された多層ハウジングを包含することができる。
【００７５】
例えば、図７は、外部ハウジング２５２と外部ハウジング２５２内の内部ハウジング２５４とを含むカートリッジ２５０を示す。内部ハウジング２５４は、燃料２５６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口２６０は、外部ハウジング２５２及び内部ハウジング２５４の両方を通って伸び、燃料２５６と流体連通している。
【００７６】
内部ハウジング２５４は、２つのポリマー層２６２及び２６４で形成されている。燃料２５６と接触しているポリマー層２６２は、燃料２５６と比較的相溶性のあるように選択することができる。メタノールと比較的適合するポリマー類の例としては、ポリオレフィン類（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン）及びこれらのコポリマー類が挙げられる。ポリマー層２６４は、燃料２５６及び／又は空気に対して実質的に不浸透性であることができる。メタノールに対して実質的に不浸透性であるポリマー類の例としては、ポリ塩化ビニリデン、エチレンビニルアルコールポリマー、ポリエステル類、及びナイロンが挙げられる。空気に対して実質的に不浸透性であるポリマー類の例としては、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、エチレンビニルアルコールポリマー、ポリエステル類、及びナイロンが挙げられる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、内部ハウジング２５４は、ポリマー層２６２及び２６４を押出成形すること（例えば、同時押出成形すること）により形成することができる。ある実施態様においては、内部ハウジング２５４は、ポリマー層２６２及び２６４を互いに積層することにより形成することができる。
【００７８】
内部ハウジング２５４は、２つのポリマー層２６２及び２６４で形成されているが、幾つかの実施形態では、ハウジングは、２より多い（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、５０）ポリマー層を包含することができる。一例として、幾つかの実施形態では、ハウジングは、ポリエチレンの内層及び外層を含む３層ポリマーフィルム、及び内層と外層との間の環式オレフィンコポリマー層で形成することができる。環式オレフィンコポリマーは、例えば、チコナ・エンジニアリング・ポリマーズ（Ticona Engineering Polymers）（ケンタッキー州フローレンス）から入手可能である。
【００７９】
ある実施態様においては、ハウジングは、１種類以上のポリマー層及び１種類以上の結合層を包含することができる。該結合層は、例えば、１種類以上の接着性ポリマーで形成されることができる。一例として、幾つかの実施形態では、ハウジングは、ダウＢＬＦ２０１５支持層フィルム（ダウケミカル社（Dow Chemical）から）、ポリエチレン（ＰＥ）を含む多層材料、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、及び以下の構成、即ちＰＥ／Ｔｉｅ／ＰＶＤＣ／Ｔｉｅ／ＰＥを有する結合層（Ｔｉｅ）で形成することができる。ダウＢＬＦ２０１５支持層フィルムは、メタノール及び／又は空気に対して実質的に不浸透性であることができ、且つ／又は比較的柔軟性であることができる。別の例として、幾つかの実施形態では、ハウジングは、サラネックス（SARANEX）（登録商標）１４共押出バリアフィルム（ダウケミカル社（Dow Chemical）から）、ＰＥ、ＰＶＤＣを含む多層ポリマーフィルム、及び以下の構成、即ちＰＥ／Ｔｉｅ／ＰＶＤＣ／Ｔｉｅ／ＰＥの結合層で形成することができる。前記サラネックス（SARANEX）（登録商標）１４共押出バリアフィルムは、約０．０５ｍｍ（２．０ミル）の全厚を有する。
【００８０】
ある実施態様においては、燃料源の内部ハウジングは、少なくとも２種類の比較的燃料浸透性の且つ／又は空気浸透性の層の間に挟み込まれた、１種類以上の実質的に燃料不浸透性の且つ／又は空気不浸透性の層を包含することができる。
【００８１】
例えば、図８は、外部ハウジング３０２と外部ハウジング３０２内の内部ハウジング３０４とを含むカートリッジ３００を示す。内部ハウジング３０４は、燃料３０６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口３１０は、外部ハウジング３０２と内部ハウジング３０４の両方を通って伸び、燃料３０６と流体連通している。
【００８２】
内部ハウジング３０４は、内層３１２、中間層３１４、及び外層３１６で形成されている。幾つかの実施形態では、内部ハウジング３０４は、内層３１２、中間層３１４、及び／又は外層３１６を押出成形すること（例えば、同時押出成形すること）により形成することができる。ある実施態様においては、内部ハウジング３０４は、内層３１２、中間層３１４、及び／又は外層３１６を互いに積層することにより形成することができる。
【００８３】
内層３１２、中間層３１４、及び／又は外層３１６は、１種類以上のポリマー類、例えば、内部ハウジング２５４を参照して前述した１種類以上のポリマー類を包含することができる。
【００８４】
幾つかの実施形態では、内層３１２及び／又は外層３１６は、燃料３０６及び／又は空気に対して比較的浸透性の１種類以上の材料で形成されることができる。ある実施態様においては、内層３１２及び／又は外層３１６は、燃料３０６の存在下で化学的に比較的安定している１種類以上の材料で形成されることができる。メタノール及び空気に対して比較的浸透性であることができ、且つメタノールの存在下で比較的安定であることができる材料の例としては、ポリプロピレン及びポリエチレンが挙げられる。
【００８５】
ある実施態様においては、中間層３１４は、１種類以上の燃料に対して実質的に不浸透性であり、且つ／又は空気に対して実質的に不浸透性である１種類以上の材料で形成することができる。幾つかの実施形態では、中間層３１４は、１種類以上の金属類で形成することができる。
【００８６】
幾つかの実施形態では、燃料源の内部ハウジングは、１種類以上のガラス及び／又はセラミックスを包含することができる。例えば、図９は、外部ハウジング３５２と外部ハウジング３５２内の内部ハウジング３５４とを含むカートリッジ３５０を示す。内部ハウジング３５４は、燃料３５６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口３６０は、外部ハウジング３５２及び内部ハウジング３５４の両方を通って伸び、燃料３５６と流体連通している。
【００８７】
内部ハウジング３５４は、内層３６２及び外層３６４を包含する。内層３６２は、例えば、ポリマーフィルム、例えば、メタノールの存在下で化学的に比較的安定しているポリマーフィルム（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン）で形成することができる。外層３６４は、１種類以上のセラミックス及び／又はガラスを包含することができる。前記セラミックス及び／又はガラスは、外層３６４を空気及び／又はメタノールに対して実質的に不浸透性にする場合がある。幾つかの実施形態では、外層３６４は、１種類以上の酸化物類、炭化物類、及び／又は窒化物類（例えば、ホウ素、ケイ素、アルミニウム、及び／又はチタンの）を包含することができる。ある実施態様においては、外層３６４は、シリカ酸化物を包含することができる。幾つかの実施形態では、外層３６４は、炭素を包含することができる。
【００８８】
内部ハウジング３５４は、例えば、外層３６４を内層３６２上に堆積、コーティング、及び／又は積層することによって形成されることができる。幾つかの実施形態では、内部ハウジング３５４は、化学的気相成長法を使用して形成することができる。
【００８９】
燃料源の外部ハウジング、例えば外部ハウジング５０（図２）は、例えば１種類以上の金属類（例えば、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金）、合金類（例えば、ステンレス鋼、黄銅、ニッケル−クロム）、及び／又はポリマー類で形成することができる。
【００９０】
燃料源（例えば、カートリッジ２４）は、気相燃料又は液体燃料を、燃料電池又は燃料電池スタックへと提供することができる。
【００９１】
幾つかの実施形態では、燃料源は、非ガス状形態（例えば、液体又はゲル）であり、気相燃料を燃料電池又は燃料電池スタックに提供するのに十分な蒸気圧を有する燃料を包含することができる。液体燃料としては、例えば、純メタノール、又はメタノール及び水及び／若しくは非燃料構成成分としてのゲル化剤を含む溶液を挙げることができる。燃料ゲルは、粘稠材料（例えば、約５Ｅ−５Ｐａ・ｓ（０．０５センチポアズ）〜約２００Ｐａ・ｓ（２００，０００センチポアズ））であり、純粋且つ高濃度の気相燃料分子を放出可能である。粘度は、例えば、少なくとも約１０Ｐａ・ｓ（１０，０００センチポアズ）（例えば、少なくとも約２５Ｐａ・ｓ（２５，０００センチポアズ）、少なくとも約５０Ｐａ・ｓ（５０，０００センチポアズ）、少なくとも約１００Ｐａ・ｓ（１００，０００センチポアズ）、少なくとも約１５０Ｐａ・ｓ（１５０，０００センチポアズ））、及び／又は最大約２００Ｐａ・ｓ（２００，０００センチポアズ）（例えば、最大約１５０Ｐａ・ｓ（１５０，０００センチポアズ）、最大約１００Ｐａ・ｓ（１００，０００センチポアズ）、最大約５０Ｐａ・ｓ（５０，０００センチポアズ）、最大約２５Ｐａ・ｓ（２５，０００センチポアズ））であることができる。燃料ゲル組成物の一例は、燃料（例えば、メタノール）、希釈剤（例えば、脱イオン水）、増粘剤（例えば、ヒドロキシプロピルセルロース増粘剤、カーボポールＥＺ−３（酸性で、疎水的に改質された、架橋型ポリアクリレート粉末））、及び中和剤（例えば、トリ−イソプロパノールアミン）を包含する。他の燃料ゲルが、カーボポールレオロジー調整剤（ＢＦグッドリッチ社（BF Goodrich）製）の使用例について記載したノベオン社（Noveon）の文献に開示されており、且つ調理用燃料（例えば、ステルノ社（Sterno）から入手可能で、ノベオン社（Noveon）により記載された配合例）を用いて例示されている。
【００９２】
ある実施態様においては、燃料源は、浸透気化膜又は膜供給フィルムを通過することにより、気相燃料に変換される液体燃料を包含することができる。次に、得られた燃料蒸気は、燃料電池（例えば、燃料電池スタックになったもの）へと移動できる。浸透気化膜について、例えば、米国特許出願第１１／１３７，８４８号（ボーフィンガー（Bofinger）ら、２００５年５月２５日出願、名称「燃料電池」）に記載されている。
【００９３】
幾つかの実施形態では、燃料源は、気相燃料（例えば、メタノール蒸気）を燃料電池又は燃料電池スタックへ送達することが可能な強固な燃料組成物を包含することができる。前記燃料組成物は、燃料（例えば、メタノール）、重合性材料（例えば、無機ポリマー、有機ポリマー、又はそれらの組み合わせ）、及び１種類以上の触媒（例えば、０．１０Ｎ  Ｈ２ＳＯ４などの希釈酸溶液；０．１０Ｎ  ＫＯＨなどの希釈塩基溶液；ＨＣｌ；ＨＮＯ３；有機酸；有機アミン）を包含する液体前駆体組成物から調製可能である。前記液体前駆体組成物は、例えば該組成物を熱硬化することで剛性化して、ポリマー網状組織で規定される隙間にメタノールが捕捉される剛性ポリマー網状組織を形成することができる。ある実施態様においては、燃料源は、架橋型シリカ網状組織内で剛性化した燃料（例えば、メタノール）を含む剛性燃料組成物を包含することができる。
【００９４】
幾つかの実施形態では、燃料は、エタノール、エチレングリコール、及び／又はギ酸などの添加剤を更に包含することができる。ある実施態様においては、燃料は、着色剤などの燃料安全添加物を包含することができる。着色剤について、例えば、米国特許出願第１１／１３７，８４８号（ボーフィンガー（Bofinger）ら、２００５年５月２５日出願、名称「燃料電池」）に記載されている。
【００９５】
上記の如く、ある実施態様においては、燃料源は、液体燃料を燃料電池又は燃料電池スタックへと提供することができる。前記液体燃料は、燃料源から燃料入口を通って移動し、燃料電池又は燃料電池スタックへ入り、最終的には直接に燃料電池アノードに接触することができる。幾つかの実施形態では、前記液体燃料は、前記アノードに接触するに先だって、１以上のフィルタを貫通することができる。前記フィルタは、例えばセルロース性フィルタ及び／又はモレキュラーシーブであってよい。ある実施態様においては、前記フィルタは、活性チャコールを包含することができる。
【００９６】
カートリッジ２４（図１）のような燃料源は、１種類以上の燃料を含有することができる。燃料類の例としては、アルコール類（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール）、エチレングリコール、ギ酸、及び他の易酸化性炭化水素類が挙げられる。燃料の別の例は、リチウムホウ化水素系燃料である。ある実施態様においては、燃料源は、原液のままでの（９９．５％）メタノールを包含することができる。上記の如く、幾つかの実施形態では、燃料源は、水と混合した燃料を包含することができる。例えば、燃料源は、メタノール及び水を包含することができる。メタノールは、例えば、前記混合物の約８５重量％〜約９５重量％（例えば、約９０重量％）であってよい。幾つかの実施形態では、燃料源は、複数のタイプの燃料を包含することができる。例えば、燃料源は、メタノールとエタノールとの混合物を包含することができる。燃料源類及び燃料類については、例えば、米国特許出願第１０／９３３，７３５号（ジャン（Jiang）ら、２００４年９月３日出願、名称「燃料組成物」）、米国特許出願第１０／９５７，９３５号（ドレイク（Drake）ら、２００４年１０月４日出願、名称「燃料源、燃料電池及び燃料電池稼働方法」）、及び米国特許出願第１１／１３７，８４８号（ボーフィンガー（Bofinger）ら、２００５年５月２５日出願、名称「燃料電池」）に記載されている。
【００９７】
図１を再度参照すると、燃料電池３２の一例がそこに記載される。燃料電池３２は、電解質３８、該電解質の第１側面上に結合させたアノード３４、及び該電解質の第２側面上に結合させたカソード３６を包含する。電解質３８、アノード３４、及びカソード３６を、ガス拡散層（ＧＤＬ）４０及び４２の間に配置する。
【００９８】
電解質３８は、電子の流れに対して相当な抵抗を与えつつ、イオン類がそれを通って流れるようにすることができる。幾つかの実施形態では、電解質３８は、固体ポリマー（例えば、固体ポリマーイオン交換膜）、例えば固体ポリマープロトン交換膜（例えば、スルホン酸基含有固体ポリマー）である。このような膜は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社（E.I. DuPont de Nemours Company）（デラウェア州ウィルミントン）から、ナフィオン（NAFION）の商標にて市販されている。あるいは、電解質３８は、商品・ゴアセレクト（GORE-SELECT）（Ｗ．Ｌ．ゴア＆アソシエーツ社（W.L. Gore & Associates）（メリーランド州エルクトン）から入手可能）から調製することもできる。
【００９９】
アノード３４は、メタノール及び水と相互作用して、二酸化炭素、プロトン及び電子を形成することが可能な触媒などの材料で形成することができる。このような物質の例としては、例えば、白金、白金合金類（例えば、Ｐｔ−Ｒｕ、Ｐｔ−Ｍｏ、Ｐｔ−Ｗ、又はＰｔ−Ｓｎ）、カーボンブラック上に分散させた白金が挙げられる。アノード３４は、アノードがプロトンを伝導できるようにするアイオノマー材料（例えば、ナフィオン（NAFION））などの電解質を更に包含することができる。あるいは、懸濁液を、固体電解質３８と向かい合うガス拡散層（後述）の表面へ適用し、次に該懸濁液を乾燥させる。アノード３４の調製方法は、結合を達成するための圧力及び温度の使用を更に含んでもよい。
【０１００】
カソード３６は、酸素、電子及びプロトンと相互作用して、水を形成することが可能な触媒などの材料で形成することができる。このような物質の例としては、例えば、白金、白金合金類（例えば、Ｐｔ−Ｃｏ、Ｐｔ−Ｃｒ、又はＰｔ−Ｆｅ）及びカーボンブラック上に分散させた貴金属が挙げられる。カソード３６は、カソードがプロトンを伝導できるようにするアイオノマー材料（例えば、ナフィオン（NAFION））などの電解質を更に包含することができる。カソード３６は、アノード３４に関して上述したようにして調製することができる。
【０１０１】
ガス拡散層（ＧＤＬ）４０及び４２は、ガスと液体の両方に透過性である材料で形成することができる。ＧＤＬの例は、イーテック（Etek）（マサチューセッツ州ナティック）、ＳＧＬ（カルフォルニア州バレンシア）、及びゾルテック（Zoltek）（ミズーリ州セントルイス）などの各種会社から入手可能である。ＧＤＬ４０及び４２は、導電性であることができ、それにより電子がアノード３４からアノード・フロー・フィールド・プレート（図示せず）へ、且つカソード・フロー・フィールド・プレート（図示せず）からカソード３６へと流れることができる。
【０１０２】
直接メタノール燃料電池及び燃料電池システムの他の実施形態（使用方法を含む）については、例えば、米国特許出願公開第２００５／０１８１２５８Ａ１号（ジリシンスキー（Gilicinski）ら、２００５年８月１８日公開）；Ｊ．ララミニエ（J. Laraminie）・Ａ．ディックス（A. Dicks）共著、「燃料電池システム解説」（ワイリー（Wiley）社、ニューヨーク、２０００年）；ラミイ（Lamy）ら著、「直接メタノール燃料電池：２０世紀の電気化学者の夢から２１世紀の未来技術へ」（電気化学の現代的側面、第３４巻、Ｊ．ボックリス（J. Bockris）ら編、クルーワー・アカデミック／プレナム・パブリッシャーズ、（Kluwer Academic／Plenum Publishers）ニューヨーク、２００１年、５３〜１１８頁）；及びナラヤナン（Narayanan）ら著、「携帯機器用途のための小型燃料電池の開発」（「直接メタノール燃料電池」（ナラヤナン（Narayanan）ら編、電気化学会雑誌（Electrochemical Society Proceedings）、２００１−４号、２００１年、ニュージャージー州ペニントン）に記載されている。
【０１０３】
燃料電池システム２０の作動中、カートリッジ２４からの燃料は、アノード３４へと導入され、カソード反応物質（空気など）が、カソード３６へと導入され、且つ電気エネルギーが、前述したようなそれぞれの酸化及び還元反応から製造される。余分な燃料及びカソード反応物質は、出口２８及び３１それぞれから出る。
【実施例】
【０１０４】
以下の実施例は例示であって、限定することを意図したものではない。
【０１０５】
（実施例１）
ブラダー（バッグ）を形成し、以下の手順に従って浸透性を試験した。  
約１０．２ｃｍ×１２．７ｃｍ（４インチ×５インチ）の寸法を有するバッグを、異なったタイプの材料から製作した。各バッグは、一方が開放され、他の３側面は密封された。３つの密封された側面は、ポリマーシーラーを使用して、約１５０℃のシーリング温度で密封した。バッグ１番〜７番及び１０番〜１２番は、バートロッド社（Vertrod）（カルフォルニア州サンラファエル）製型式１４Ａ／Ａ３／８熱衝撃足踏式ヒートシーラーを使用して密封し、バッグ８番〜９番は、ジェーンスヴィル・ツール＆マニュファクチャリング社（Janesville Tool and Manufacturing, Inc.）（ウィスコンシン州ミルトン）製・型式Ｔ９６０シーラーを使用して密封した。  
バッグ１番〜１１番は、サラネックス（SARANEX）（登録商標）１５・共押出バリアフィルム（ダウケミカル社（Dow Chemical）から）で形成したが、これは、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）を包含する多層膜であり、以下の配置：ＰＥ／Ｔｉｅ／ＰＶＤＣ／Ｔｉｅ／ＰＥとなっており、ここで、（Ｔｉｅ）とは、結合層を示している。使用した前記サラネックス（登録商標）１５共押出バリアフィルムは、約０．０８ｍｍ（３．０ミル）の全厚を有した。形成した際、バッグ１番及び１１番は、空気と接触する外側ＰＥ層、１３個の中間ＰＥ層、１つの中間ＰＶＤＣ層、バッグ１番及び１１番の内容物（メタノールなど。下記に述べる様に、メタノールを一旦バッグ１番及び１１番内に追加した場合）と接触する１つの内側ＰＥ層を有した。  
バッグ２番及び１２番は、多層エチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）フィルム（コエクスツルーデッド・プラステック・テクノロジーズ社（Coextruded Plastic Technologies, Inc.）（ウィスコンシン州エジャートン））にて形成した。前記フィルムは、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ＰＥ、及びＥＶＯＨを次の配置：ＰＥＴ／ＰＥ／ＥＶＯＨ／ＰＥにて包含する４層フィルムであった。形成した際、バッグ２番及び１２番は、空気と接触する外側ＰＥＴ層、１つの中間ＰＥ層、１つの中間ＥＶＯＨ層、バッグ２番及び１２番の内容物（メタノールなど。下記に述べる様に、メタノールを一旦バッグ２番及び１２番内に追加した場合）と接触する１つの内側ＰＥ層を有した。  
バッグ３及び８番は、フレックス−シール（Flex-Seal）ＭＩＬ−Ｂ−１１７Ｅ、ポリマー積層アルミニウムフォイル（フレックス−シール社（Flex-Seal）（英国バーンズリー）から）（ＰＥ層及びアルミニウム（Ａｌ）を次のＰＥ／Ａｌ／ＰＥ／ＰＥの配置で包含する）で形成した。形成した際、バッグ３番及び８番は、空気と接触する外側ＰＥ層、１つの中間Ａｌ層、１つの中間ＰＥ層、バッグ３番及び８番の内容物（メタノールなど。下記に述べる様に、メタノールを一旦バッグ３番及び８番内に追加した場合）と接触する１つの内側ＰＥ層を有した。  
バッグ４番及び９番は、ＴＬ−４３５多層膜（テクニパック社（Technipaq Inc.）（イリノイ州クリスタルレーク）から）で形成された。前記フィルムは、ＰＥＴ、アルミニウム（Ａｌ）、及びＰＥ層を次の配置：ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥにて包含する３層フィルムであった。形成した際、バッグ４番及び９番は、空気と接触する外側ＰＥＴ層、１つの中間Ａｌ層、バッグ４番及び９番の内容物（メタノールなど。下記に述べる様に、メタノールを一旦バッグ４番及び９番内に追加した場合）と接触する１つの内側ＰＥ層を有した。    
バッグ５番及び１０番は、キャドパック（CADPAK）ＰＬシリーズ・ＭＩＬ−ＰＲＦ−１３１−Ｊ多層フィルム（キャディラック・プロダクツ・パッケージング社（Cadillac Products Packaging Co.）（ミシガン州トロイ））で形成された。前記フィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＥ、及びＡｌ層を次の配置：ＰＰ／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥにて包含する４層フィルムであった。形成した際、バッグ５番及び１０番は、空気と接触する外側ＰＰ層、１つの中間ＰＥ層、１つの中間Ａｌ層、バッグ５番及び１０番の内容物（メタノールなど。下記に述べる様に、メタノールを一旦バッグ５番及び１０番内に追加した場合）と接触する１つの内側ＰＥ層を有した。  
バッグ６番は、オキシシールド（Oxyshield）（登録商標）ＯＥＢ同時押出３層フィルム（ハネウェル社（Honeywell）から）で形成された。前記フィルムは、ナイロン６及びＥＶＯＨを次の配置：（ナイロン６）／ＥＶＯＨ／（ナイロン６）で包含した。  
バッグ７番は、キャプラン（CAPRAN）（登録商標）エムブレム（EMBLEM）（登録商標）ＭＴ２５００フィルム（２層金属化ナイロンフィルム（ハネウェル社（Honeywell）から））で形成された。前記フィルムは、金属化アルミニウム外側バリアコーティングによりコーティングされたナイロン６層を包含した。  
約１５グラムのメタノール（オプティマ（OPTIMA）メタノール、フィッシャー・サイエンティフィック社（Fisher Scientific）から、９９．９％純度と分析済み）を各バッグに追加して、バッグを満たし、次に、各バッグの開口部を、ポリマーシーラーの１つを使用して密封した。  
次に、天秤を使用して、各バッグを計量した。  
計量後、次に各バッグを水中に浸漬させ、次に各バッグの重量を測定した。  
次に、各バッグをオーブン内に保管し、６０℃（下記、表１）又は３０℃（下記、表２）のいずれかにする。次に、各バッグの空気中又は水中での重量を定期的に（通常は、毎週）測定した。  
各バッグに対するメタノールの透過度（ｇ／ｃｍ２−日）は、オーブン内での所与の期間保管前後でのバッグの重量差を測定することによって決定した。  
各バッグについて、各バッグに対する空気の透過度（ｃｃ／ｃｍ２−日）は、オーブン内での所与の期間保管前後で、水中に浸漬させた場合のバッグの重量差を測定することによって決定した。  
下表１は、６０℃で保管中のバッグ１番〜７番の様々な場所での透過度提供し、下表２は、３０℃で保管中のバッグ８番〜１２番の様々な場所での透過度を提供する。  
【表１】
2009520337.tif 000008
【表２】
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【０１０６】
他の実施形態
特定の実施形態を記載してきたが、他の実施形態も可能である。
【０１０７】
一例として、ある種のハウジング材料について記載してきたが、幾つかの実施形態では、カートリッジハウジングを、１種類以上の他の材料で形成することができる。ある実施態様においては、ハウジングは、金属で形成することができる。例えば、ハウジングは、アルミニウム（例えば、アルミニウムフォイル）又は銅（例えば、銅箔）で形成することができる。アルミニウム又は銅で形成されたハウジングは、空気に対して実質的に不浸透性であることができる。アルミニウムの例としては、アルミニウム１１４５、アルミニウム１１３０、及びアノード処理済アルミニウムが挙げられる。幾つかの実施形態では、ハウジングは、ステンレス鋼（例えば、ステンレス鋼フォイル）で形成することができる。ステンレス鋼で形成されたハウジングは、メタノールの存在下で比較的安定していることができる。ステンレス鋼の一例は、３１６ステンレス鋼である。ある実施態様においては（例えば、添加剤非含有メタノールを包含する燃料電池システム）、カートリッジは、３０４ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼、３１６Ｌステンレス鋼、又は黄銅を包含するハウジングを有することができる。ゲル系燃料を使用する且つ／又は１種類以上のイオン性燃料添加物を包含する燃料電池システムの幾つかの実施形態では、ステンレス鋼ハウジングは、燃料と（例えば、燃料中の添加物と）比較的反応し難いものであることができる。イオン性燃料添加物については、例えば、米国特許出願第１１／１３７，８４８号（ボーフィンガー（Bofinger）ら、２００５年５月２５日出願、名称「燃料電池」）に記載されている。アルミニウム及び銅について記載してきたが、ある実施態様においては、ハウジングを別の金属、例えばニッケル、金、又は白金で形成することができる。ハウジングは、単一金属層又は複数金属層で形成することができる。
【０１０８】
幾つかの実施形態では、ハウジングは、ナイロン（例えば、ナイロン６／６）、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリエチレン−コ−ポリビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（例えば、ノリル（NORYL）（登録商標）樹脂（ＧＥプラスチックス社（GE Plastics）から））、又はアセタールホモポリマー（例えば、デルリン（Delrin）（登録商標）（デュポン社（Dupont）から））で形成することができる。
【０１０９】
カートリッジハウジングを形成するために使用可能な他の材料の例としては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）及びネオプレンポリクロロプレン（デュポン社（Dupont）から）などのエラストマーが挙げられる。ハウジング材料の更なる例としては、環式オレフィンコポリマー類（例えば、チコナ・トパス（Ticona Topas）（登録商標）ＣＯＣ（チコナ（Ticona）社から））などのコポリマー類で、例えば、メタノールに対して実質的に不浸透性のものが挙げられる。
【０１１０】
燃料カートリッジハウジング内にて使用可能な材料の付加的な例は、オゾン化ポリマーである。幾つかの実施形態では、ポリマーのオゾン処理により、ポリマー表面を浄化することができる。例えば、ある実施態様においては、ポリマーのオゾン処理により、ポリマー表面から残留有機物質（例えば、ポリマー処理からのもの）を除去することができる。残留有機物質の除去により、例えば、燃料カートリッジハウジングを含む燃料電池システムにおいて、向上した燃料電池性能がもたらされる。
【０１１１】
別の例として、幾つかの実施形態では、カートリッジハウジングは、ポリマーを酸素及び／又は１種類以上の他のイオン性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、メタン（ＣＨ４）、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ２））でプラズマ処理することにより形成することができる。ある実施態様においては、ポリマーがプラズマ処理された後、官能基をポリマー表面へグラフトさせることができる。例えば、幾つかの実施形態では、プラズマ処理済ポリマーを、ポリマー表面を改質できるフッ素化ガス種（例えば、ＣＦ４）に晒すことができる。ポリマーのプラズマ処理及び／又はポリマー表面への官能基のグラフト化は、例えば、ポリマーのメタノールへの浸透性を減少させ、ポリマーを浄化し、且つ／又はポリマーの化学的安定性を向上させることができる。
【０１１２】
更なる例として、２つの材料シートを共に密封することにより形成されるハウジングについて記載してきたが、幾つかの実施形態では、ハウジング（例えば、内部ハウジング）は、１種類以上の他の方法で形成することができる。例えば、ある実施態様においては、ハウジングは、１つの材料シートを所望の形状のハウジングへと形作ることにより形成することができる。幾つかの実施形態では、１つの材料シートを折り畳んで、そのエッジを互いに密封してハウジングを形成することができる。ある実施態様においては、ハウジングは、２つ以上（例えば、３つ、４つ、５つ）の材料シートから形成することができる。幾つかの実施形態では、ハウジングは、材料シートを一切使用せずに形成することができる。ある実施態様においては、ハウジングは、成形工程を使用して形成することができる。
【０１１３】
追加の例として、ある実施態様においては、燃料源は、少なくとも１つのポンプを包含することができ、且つ／又は少なくとも１つのポンプに取り付けることができる。例えば、図１０は、外部ハウジング４０２と外部ハウジング４０２内の内部ハウジング４０４とを含むカートリッジ４００を示す。内部ハウジング４０４は、燃料４０６（例えば、メタノール）を含有する。燃料入口４１０は、外部ハウジング４０２及び内部ハウジング４０４の両方を通って伸び、燃料４０６と流体連通している。ポンプ４１２は、燃料入口４１０内に配置され、且つ燃料４０６を内部ハウジング４０４から汲み上げるために使用することが可能である。ポンプ４１２は、内部ハウジング４０４からの燃料４０６の流れを調節する手助けをすることができる（例えば、燃料４０６を燃料電池のアノードに制御された比率にて提供すること）。カートリッジ４００は更に、大気圧へと換気するメンブレン・ベント４１４を含む。メンブレン・ベント４１４は、例えば、内部ハウジング４０４と外部ハウジング４０２との間の空間４０１にて真空が生成される可能性を制限する。
【０１１４】
別の例として、内側ハウジングについて記載してきたが、幾つかの実施形態では、燃料電池システム及び／又は燃料カートリッジの他の構成成分、例えば、燃料カートリッジの外部ハウジングは、１種類以上の上述した材料を包含することができる（例えば、それによって形成することができる）。
【０１１５】
更なる例として、直接メタノール燃料電池システムについて記載してきたが、幾つかの実施形態では、１つ以上の上述した燃料源及び／又はハウジングを、改質器、且つ／又は異なったタイプの燃料電池システム（例えば、異なったタイプの直接酸化燃料電池システム）にて使用することが可能である。一例として、１つ以上の上述した燃料源及び／又はハウジングを、水素燃料電池システム、例えば、水素ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池システムにて使用することが可能である。水素燃料電池は、例えば、米国特許出願公開第２００４／０２２９０９０号（デイヴィス（Davis）ら、２００４年１１月１８日公開）、及び米国特許出願公開第２００４／０２２９１０１号（デイヴィス（Davis）ら、２００４年１１月１８日公開）に記載されている。
【０１１６】
追加の例として、幾つかの実施形態では、燃料源及び／又は燃料電池システムの１種類以上の他の構成成分は、１種類以上の着色剤を包含することができる。ある実施態様においては、前記着色剤は、燃料源の少なくとも一部の上で（例えば、燃料源の外部ハウジングの内面上にて）、コーティングの形態であることができる。前記着色剤コーティングは、例えば、燃料源からの（例えば、燃料源の内部ハウジングからの）燃料漏れの兆候を示すことができる。幾つかの実施形態では、前記着色剤は燃料と混ぜ合わせることができる。燃料と混ぜ合わされる着色剤は、例えば、燃料が燃料電池へ送達される際に（例えば、着色剤に対して不浸透性である膜を通過することによって）、燃料源内に留まることができる。燃料源内の着色剤の濃度上昇により、燃料が燃料源へ送達されたことを確認することができ、且つ／又は燃料源内の燃料残量を知ることができる。着色剤を包含する燃料電池システム着色剤について、例えば、米国特許出願第１１／１３７，８４８号（ボーフィンガー（Bofinger）ら、２００５年５月２５日出願、名称「燃料電池」）に記載されている。
【０１１７】
特許出願、特許公報、特許のような、本明細書にて言及されたすべての参考文献は、それらの全体が参考として組み込まれる。
【０１１８】
他の実施形態は、請求項内にある。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】燃料電池システムの一実施例の模式図。
【図２Ａ】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図２Ｂ】図２Ａの燃料源の構成要素の側面図。
【図２Ｃ】線２Ｃ−２Ｃに沿って取られた、図２Ｂの構成要素の断面図。
【図３】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図４】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図５】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図６】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図７】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図８】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図９】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図１０】燃料源の一実施形態の断側面図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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