(57)【要約】この発明は固体および水性の化学金属水素化物燃料の所定の特性を変更して水素の発生効率を向上させ、および／または、従来の水素化物燃料ソースに関連する問題点を抑制すること伴う。この発明はまた水素化ホウ素（１１０）および水（２１０）の量成分が流動可能または液体形態である水素化物−水の燃料電池から水素を放出するのに使用できる装置（１０）に関する。【代表図】  図１
2009510706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料成分であって、
金属水素化物；
安定化剤がない場合には上記金属水素化物と反応しない液体；
を有するものと、
液体反応成分であって、
水；
上記液体反応成分のｐＨを低減するオプションの添加物；
オプションの遷移金属または希土類金属の触媒；
オプションの相調整添加物；
を有するものとを有し、
上記燃料成分は上記液体反応成分と反応して水素ガスを放出する水素発生燃料組成物。
【請求項２】
上記金属水素化物は水素化ホウ素ナトリウムである請求項１記載の組成物。
【請求項３】
上記水素化ホウ素ナトリウムと反応しない上記液体はアンモニアである請求項２記載の組成物。
【請求項４】
上記水素化ホウ素ナトリウムと反応しない上記液体はヒドラジンを有する請求項２記載の組成物。
【請求項５】
上記水素化ホウ素ナトリウムと反応しない上記液体はアンモニアを有する請求項４記載の組成物。
【請求項６】
上記液体反応成分のｐＨを低減する上記添加物が存在し、上記添加物が有機または無機の酸を有する請求項１記載の組成物。
【請求項７】
上記液体反応成分のｐＨを低減する上記添加物は、塩酸、フッ化水素酸、硝酸、酢酸、硫酸、クエン酸、炭酸、リン酸、蓚酸、これらの部分的にイオン化された塩、またはこれらの組み合わせを有する請求項６記載の組成物。
【請求項８】
上記遷移金属または希土類金属の触媒が存在する請求項１記載の組成物。
【請求項９】
上記遷移金属または希土類金属の触媒は塩化コバルト（ＩＩ）である請求項８記載の組成物。
【請求項１０】
上記相調整添加物が存在し、この相調整添加物はＣ１−Ｃ６の第一級アルコールである請求項１記載の組成物。
【請求項１１】
第１の効率を伴う通常の固体金属水素化物水素発生装置の効率を増大させる方法において、
通常の固定、粒状、パレット状、粉末状、または、塊状の金属水素化物燃料の表面面積を増大させて第２の効率の表面面積が増大した金属水素化物燃料を形成するステップと、
水素発生装置の分離された区画に上記表面面積が増大した金属水素化物を供給するステップと、
主に水を有する液状反応物を予め定められた量供給するステップと、
上記液状反応物を上記表面面積が増大した金属水素化物に添加して上記第２の効率が上記第１の効率より大きくなるように水素を発生させる反応を起こさせるステップとを有する上記方法。
【請求項１２】
上記表面面積を増大させるステップは、第１の平均粒子サイズの上記通常の金属水素化物を粉砕して上記第１の平均粒子サイズより小さな第２の粒子サイズの上記効率が増大された金属水素化物燃料を形成することを含む請求項１１記載の上記方法。
【請求項１３】
上記第２の平均粒子サイズは、上記第１の平均粒子サイズの約２５％を越えない請求項１２記載の上記方法。
【請求項１４】
上記表面面積を増大させるステップは、第２の平均粒子サイズの上記効率が増大された金属水素化物粒子に、安定剤がない場合に反応を行なわない液体を組み合わせることをさらに含む請求項１２記載の上記方法。
【請求項１５】
上記表面面積を増大させるステップは、通常の金属水素化物燃料に、安定剤がない場合に反応を行なわない液体を組み合わせることにより上記効率が増大された金属水素化物のスラリを形成することを含む請求項１１記載の上記方法。
【請求項１６】
上記非反応性液体中の上記効率が増大された金属水素化物のスラリは十分に流動的であり液体転送が可能である請求項１５記載の上記方法。
【請求項１７】
上記通常の金属水素化物は部分的に上記非反応性液体中に溶解し、上記効率が増大した金属水素化物燃料を形成する請求項１６記載の上記方法。
【請求項１８】
上記金属水素化物は水素化ホウ素ナトリウムである請求項１１記載の上記方法。
【請求項１９】
通常の固体金属水素化物水素発生装置の効率を増大させる方法において、
固定、粒状、パレット状、粉末状、または、塊状の水素化ホウ素金属燃料を、安定化剤が存在しない場合に上記水素化ホウ素金属と反応しない液体中に溶解させ、液状の水素化ホウ素金属燃料溶液を形成するステップと、
水素発生装置の分離された区画に上記液状の水素化ホウ素金属燃料溶液を供給するステップと、
主に水を有する液状反応物を予め定められた量供給するステップと、
上記液状反応物を上記液状の水素化ホウ素金属燃料溶液に組み合わせて、水素を発生させる反応を起こさせるステップとを有する上記方法。
【請求項２０】
上記水素化ホウ素金属と反応しない液体は、アンモニア、ヒドラジン、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレレングリコールジメチルエーテル、またはこれらの組み合わせを有する請求項１９記載の上記方法。
【請求項２１】
上記表面面積を増大させるステップは、上記第１の平均粒子サイズが約０．５ｍｍ以下にする粉砕を含む請求項１２記載の上記方法。
【請求項２２】
上記第２の平均粒子サイズは約０．２５ｍｍ以下である請求項２１記載の上記方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
燃料電池は、反応物、すなわち燃料および酸素の化学エネルギを直流（ＤＣ）の電気に直接的に変換する装置である。多くの用途において、燃料電池は、化石燃料の燃焼のような従来の発電やリチウムイオン電池のような携帯用蓄電池より効率が良い。
【０００２】
一般に、燃料電池技術は、アルカリ燃料電池、高分子電解質燃料電池、リン酸燃料電池、溶融炭酸燃料電池、固体酸化物燃料電池、および酵素燃料電池のような様々な異なった燃料電池を含む。今日、より重要な燃料電池は、いくつかのカテゴリ、すなわち、（ｉ）燃料として圧縮水素（Ｈ２）を利用している燃料電池、（ｉｉ）アルコール、例えばメタノール（ＣＨ３ＯＨ）、金属水化物、例えば水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、炭化水素、または水素燃料に改質される他の燃料を用いるプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、（ｉｉｉ）非水素燃料を直接に消費できるＰＥＭ燃料電池、すなわち直接酸化燃料電池、および、（ｉｖ）高温で炭化水素燃料を直接電気に変換する固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）を含む。
【０００３】
圧縮水素は、一般的に高圧下に維持され、そのため取扱いが難しい。その上、大きい貯蔵タンクが一般的に必要となり、そのため家庭用電子機器のために十分に小さくすることはできない。従来の改質燃料電池は、燃料を水素に変換させて燃料中の酸化剤を反応させるために、改質材や他の気化および補助システムを必要とする。最近の進歩により、家庭用電子機器用に改質材または改質燃料電池が有望になっている。最も一般的な直接酸化燃料電池は直接メタノール燃料電池またはＤＭＦＣである。他の直接酸化燃料電池は、直接エタノール燃料電池と直接テトラメチルオルトカーボネート燃料電池を含む。ＤＭＦＣでは、燃料電池中で、メタノールが直接に酸素と反応し、ＤＭＦＣは家庭用電子機器用に電力供給上有望である。ＳＯＦＣは、ブタンのような炭化水素燃料を高熱で電気に変換する。ＳＯＦＣは、燃料電池反応を起こさせるために、１０００度の範囲の比較的高温を必要とする。
【０００４】
他のタイプの液体燃料はヒドラジンであり、これは無水物またはその一水和物形態であることが可能である。ヒドラジンは水に溶解可能であり、水の存在の下で分解して水素を発生し、これは以下のとおりである。
Ｎ２Ｈ４Ｈ２Ｏ  →  ２Ｈ２＋Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ
【０００５】
電気を発生させる化学反応は燃料電池のそれぞれのタイプごとに異なる。ＤＭＦＣでは、各電極での化学電気反応と直接メタノール燃料電池に関する総合的な反応は以下のとおり記述される：
アノードでの半反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−
カソードでの半反応：
１．５Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ
全体の燃料電池反応：
ＣＨ３ＯＨ  ＋  １．５Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ
【０００６】
ＰＥＭを通る水素イオン（Ｈ＋）がアノードからカソードを通り抜けてマイグレーションするために、また、自由電子（ｅ−）がＰＥＭを通り抜けられないため、電子は外部回路を通って流れなければならず、外部回路を通して電流を生じさせる。この外部回路は、モバイルすなわちセル電話、計算機、パーソナルデジタツアシスタンツ、ラップトップコンピュータ、電力ツールなどの有益な消費者向けの電子製品であってよい。
【０００７】
ＤＭＦＣは、特許文献１および特許文献２に開示されており、詳細は参照してここに組み入れる。一般に、ＰＥＭはＮａｆｉｏｎ（商標）などのポリマーから作られており、これはＤｕＰｏｎｔから入手可能であり、厚さが約０．０５ｍｍ〜約０．５０ｍｍの範囲のペルフルオポリマー、その他の膜である。アノードは、典型的には、白金ルテニウムなどの触媒の薄層によってサポートされたテフロン（Ｔｅｆｌｏｎｉｚｅｄ）のカーボン紙から製造される。カソードは、典型的には、白金粒子が膜の一面に接着されるガス拡散電極である。
【０００８】
他の直接酸化燃料電池では、ホウ化水素燃料電池（ＤＢＦＣ）はつぎのように反応する。
アノードでの半反応：
ＢＨ４−  ＋  ８ＯＨ−  →  ＢＯ２−  ＋  ６Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−
カソードでの半反応：
２Ｏ２  ＋  ４Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−  →  ８ＯＨ−
【０００９】
化学金属水素化物燃料は、比較的エネルギ密度が大きい、すなわち、燃料の重量または体積当たりの水素の量が大きいので有望である。化学金属水素化物燃料電池では、水素化ホウ素ナトリウムが改質され、つぎのように反応する。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（加熱または触媒）→４（Ｈ２）＋（ＮａＢＯ２）
アノードでの半反応：
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソードでの半反応：
２（２Ｈ＋＋２ｅ−）＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【００１０】
この反応に適切な触媒は、白金およびルテニウム、その他の金属である。水素化ホウ素ナトリウムを改質して生成された水素燃料は燃料電池中で、酸化剤例えばＯ２と反応させられ、電気（すなわち電子の流れ）および水の副産物を生成する。ホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）の副産物もこの改質プロセスで生成される。水素化ホウ素ナトリウム燃料電池は特許文献３に検討されており、参照してここに組み入れる。
【００１１】
高いエネルギ濃度の潜在的利益にもかかわらず、化学金属水素化物燃料は、携帯電子装置に使用するために必要なエネルギ密度を実現せず、これは燃料から放出されることができる水素の量を含む。水素化ホウ素ナトリウム燃料電池におけるその理由の１つは、実際には、化学量論が示すものよりかなり多くの水が、水素化ホウ素ナトリウムのすべてを完全に酸化するために必要となるということである。したがって、エネルギ密度を増大させ、また化学金属水素化物燃料からの水素の放出を最大化させる要請が依然としてある。
【特許文献１】米国特許第５，９９２，００８号
【特許文献２】米国特許第５，９４５，２３１号
【特許文献３】米国特許第４，２６１，９５６号
【発明の開示】
【００１２】
この発明の一側面は、（１）燃料成分であって、（ａ）金属水素化物、および（ｂ）安定化剤がない場合には上記金属水素化物と反応しない液体を有するものと、（２）液体反応成分であって、（ａ）水、（ｂ）上記液体反応成分のｐＨを低減するオプションの添加物、（ｃ）オプションの遷移金属または希土類金属の触媒、および（ｄ）オプションの相調整添加物を有するものとを有し、上記燃料成分は上記液体反応成分と反応して水素ガスを放出する水素発生燃料組成物に関する。好ましい実施例において、上記非反応性液体（１ｂ）は、アンモニア、ヒドラジン、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレレングリコールジメチルエーテル、またはこれらの組み合わせを有する。
【００１３】
この発明の他の側面は、第１の効率を伴う通常の固体金属水素化物水素発生装置の効率を増大させる方法であって：通常の固定、粒状、パレット状、粉末状、または、塊状の金属水素化物燃料の表面面積を増大させて第２の効率の表面面積が増大した金属水素化物燃料を形成するステップと；水素発生装置の分離された区画に上記表面面積が増大した金属水素化物を供給するステップと；主に水を有する液状反応物を予め定められた量供給するステップと；上記液状反応物を上記表面面積が増大した金属水素化物に添加して上記第２の効率が上記第１の効率より大きくなるように水素を発生させる反応を起こさせるステップとを有する上記方法に関する。
【００１４】
１実施例においては、上記表面面積を増大させるステップは、第１の平均粒子サイズの上記通常の金属水素化物を粉砕して上記第１の平均粒子サイズより小さな第２の粒子サイズの上記効率が増大された金属水素化物燃料を形成することを含む。他の実施例においては、上記表面面積を増大させるステップは、第２の平均粒子サイズの上記効率が増大された金属水素化物粒子に、安定剤がない場合に反応を行なわない液体を組み合わせることをさらに含む。この実施例では、上記効率が増大された金属水素化物粒子は上記非反応性液体中に部分的に溶解して、上記非反応性液体または双方でスラリを形成して良い。
【００１５】
この発明のさらに他の側面は、通常の固体金属水素化物水素発生装置の効率を増大させる方法であって：固定、粒状、パレット状、粉末状、または、塊状の水素化ホウ素金属燃料を、安定化剤が存在しない場合に上記水素化ホウ素金属と反応しない液体中に溶解させ、液状の水素化ホウ素金属燃料溶液を形成するステップと；水素発生装置の分離された区画に上記液状の水素化ホウ素金属燃料溶液を供給するステップと；主に水を有する液状反応物を予め定められた量供給するステップと；上記液状反応物を上記液状の水素化ホウ素金属燃料溶液に組み合わせて、水素を発生させる反応を起こさせるステップとを有する上記方法に関する。
【００１６】
この発明のさらに他の側面は、金属水素化物燃料および反応物（例えば水）の成分が流動可能または液状径庭である水素化物−水の反応から水素を放出するのに使用されるように適合化された水素発生装置に関する。有利なことに、この水素発生装置は、３つの区画、すなわち、（１）流動可能な金属水素化物燃料成分を収容する燃料区画、（２）液状の反応物成分を収容する反応物区画、および（３）その内部で流動可能な金属水素化物燃料成分および液状の反応物成分が反応して水素ガスを生成する反応室部を有し、これは燃料電池内で利用できる。この発明のこの側面では、金属水素化物燃料成分の流動性が好ましい。なぜならば、これにより、反応面積を最小化すること、および／または、反応室部の壁面において水素化物−水の酸化反応の好ましくない副産物を捕捉することを通じて、燃料および反応物をスプレイして効率を最大化させることが可能であるからである。
【００１７】
好ましい金属水素化物燃料は水素化ホウ素金属であり、より好ましくは水素化ホウ素ナトリウムである。
【００１８】
添付図面は明細書の一部を形成し、明細書との関連において理解されるべきであり、種々の図において類似の参照番号は類似の部分を示すために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付図において示され以下詳細に検討されるように、この発明は、化学金属水素化物燃料、例えば水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、および水から放出される水素を最大化する方法および組成物に向けられている。この発明は、また、化学金属水素化物燃料および水の反応から放出される水素燃料を最大化させる装置に向けられている。
【００２０】
適切な既知の金属水素化物燃料を使用している水素発生装置は、２００３年１０月６日出願の米国特許出願第１０／６７９，７５６号；２００５年２月２５日出願の米国特許出願第１１／０６７，１６７号；２００５年６月１３日出願の仮出願第６０／６８９，５３９号；および２００５年６月１３日出願の仮出願第６０／６８９，５３７号に開示されている。それらの内容は参照してここに取り入れる。
【００２１】
ふさわしい化学金属水素化物燃料は、これに限定されないが、元素周期表のＩＡ−ＩＶＡグループの元素の水素化物や混合物、アルカリ、アルカリ金属水素化物またはそれらの化合物を含む。他の化合物、アルカリ金属アルミニウム水素化物（アラネート）やアルカリ金属水素化ホウ素を使用してもよい。金属水素化物のより具体的な例は、これに限定されないが、リチウム水素化物、水素化アルミニウムリチウム、水素化ホウ素リチウム、ナトリウム水素化物、水素化ホウ素ナトリウム、水素化カリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化マグネシウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化カルシウム、そしてこれらについての塩または誘導体を含む。好ましい水素化物は、水素化ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素リチウム、および水素化ホウ素カリウムであり、より好ましくは、ＮａＢＨ４および／またはＭｇ（ＢＨ４）２である。
【００２２】
固体形体で、ＮａＢＨ４は典型的には比較的大きな顆粒の形態、または圧縮された粒状の状態であり、これは、水なしでは加水分解されず、それゆえに、無水水素化ホウ素の使用によりカートリッジの寿命が改善される。しかしながら、水性ＮａＢＨ４のような水素担持燃料の水性形態は、安定化剤が存在しないならば、容易に加水分解する。例示的な安定化剤は、これに限定されないが、金属および金属水素化物、例えばアルカリ金属水素化物、具体的には、ＫＯＨおよび／またはＮａＯＨであってよい。このような安定化剤は米国特許第６，６８３，０２５で説明されており、その内容は参照してここに取り入れる。
【００２３】
固体形態の水素担持燃料は、液体形体より好ましい。一般的に、固体燃料は、液体燃料よりも有利である。なぜなら、水性燃料は固体燃料より比例してエネルギが少なく、そして液体燃料は固体燃料よりも典型的には不安定であるからである。
【００２４】
しかしながら、水性の安定化形態のＮａＢＨ４に関連する１つの問題は、水酸化物安定化剤の機能は、水素化ホウ素の酸化を禁止することであるという点であり、この酸化自体は燃料電池カートリッジの所望の反応である。さらに、ＫＯＨ安定化剤の存在は、著しく液状燃料のエネルギ密度を低減させる。
【００２５】
他方、固体形態のＮａＢＨ４（ペレット、顆粒、粉末、塊状、その他）に関連する１つの問題は、水による水素化ホウ素の酸化の間、メタホウ酸（ＢＯ２）副産物が固体の表面に表れることがあるという点である。酸化反応が続くと、メタホウ酸または他の形態のホウ酸が水素化ホウ素の固体の表面にスキンまたは殻を形成する傾向があり、これが水素化ホウ素−水の酸化反応を邪魔することがある。さらに、メタホウ酸および他の形態のホウ酸イオンが水の分子を各々吸収して、そのいくつかと反応して他のキレート結合し、これにより金属水素化物の酸化反応に、理想的な化学量論上の反応より多くの水を必要となることがある。また、水が、ホウ酸スキンを通過し、ホウ酸酸化副産物によりキレートされることなく、また反応することなく、下側の水素化ホウ素に到達しなければならないと考えられる。メタホウ酸および他のホウ酸イオンが水素化ホウ素と較べて水と反応しにくいとしても、ホウ酸スキンはホウ酸−水の反応／キレートのステップを速度制約的にする。
【００２６】
この発明によれば、水性の水素化ホウ素燃料および通常の固体形態の水素化ホウ素燃料がつぎの３つの手法の１つで修正される。すなわち（１）通常の固体形態の水素化ホウ素燃料の表面面積を、当該水素化ホウ素をより小さな粒子に粉砕することにより、増大させることによって、（２）水性溶液を非水性、非水素化ホウ素反応性の液体に置き換えることにより、液体水素化ホウ素の安定性を安定化剤を添加することなしに増大させることによって、および／または（３）通常の固体形態の水素化ホウ素燃料の表面面積を、当該固体の水素化ホウ素の多孔性を調整することにより、増大させることによって、修正される。
【００２７】
この発明の一側面では、固体形態の水素化ホウ素燃料の表面面積を、当該水素化ホウ素をより小さな粒子に粉砕することにより、増大できる。固体の水素化ホウ素燃料が第１の平均粒子サイズを有するとして、当該固体の水素化ホウ素燃料を、有利なことに、第１の平均粒子サイズの約７５％以下、好ましくは約５０％以下、さらに好ましくは約２５％以下の第２の平均粒子サイズの粒子に粉砕して表面面積が増大された固体の水素化ホウ素燃料を形成できる。水素化ホウ素材料の粉砕は、当業者に一般的に知られている機器および手法を用いて実現できる。表面面積が増大した固体の水素化ホウ素燃料は通常の固体燃料に較べて有利である。なぜならば、これが、通常の固体水素化ホウ素燃料を水による酸化の間に被覆するホウ酸スキンの形成による影響を最小化するからである。水素化ホウ素ナトリウムの固体はサイズ上で約０．５ｍｍ未満に粉砕可能であり、より好ましくはサイズ上で約０．２５ｍｍ未満に粉砕可能である。
【００２８】
理論上の制約を受けるものではないけれども、表面面積が増大された固体水素化ホウ素燃料のホウ酸スキンへの影響は少なくとも倍であると考えられる。第１に、粒子サイズの減少に伴い表面面積が増大すると、有利なことに、粒子の表面にホウ酸スキンが形成される前に、水が反応可能なアクセス可能な水素化ホウ素の比率がより大きくなる。反応性の水素化ホウ素サイトの比率が増大すると当初の水素の発生が増大して、ホウ酸スキンにより包囲される未反応の水素化ホウ素の料を減少させる。第２に、当初の水素の発生の増加に加えて、表面面積が増大し、粒子サイズが減少することにより、有利なことに、酸化反応の全体の効率も増加させると考えられる。粒子サイズを小さくすることのより反応のための水素化ホウ素の表面面積が増大されるのと同様の態様で、ホウ酸スキンが形成されるときにその表面面積も増大させると考えられる。ホウ酸の表面面積を増大させることが好ましいということは直感に反するかもしれないけれども、ホウ酸スキンの表面面積を増大させると各粒子の表面のスキンの厚さが減少すると考えられ、この結果、此れに対応して、ホウ酸スキンが消費し、および／または、吸収する水の量が減少すると考えられる。水の消費／吸収が減少することは、理論上の水素化ホウ素−水の酸化反応の化学量論から実験的に観測される比較的大きな逸脱が少なくなることを意味し、また、カートリッジのエネルギ密度を増大させるために燃料電池に添加する水の量が少なくてすむことを意味する。ここで使用されるように、所定の量の水素化ホウ素金属と反応する正確な化学量論上の水の量が理想的な効率を表し、水素化ホウ素金属の酸化反応を実質的に完了させるための化学量論からの逸脱がより多く必要なほど、システムの効率が低下する。
【００２９】
この発明の他の側面では、水素化ホウ素の水性溶液と比較した場合に、液状の水素化ホウ素燃料の安定性が非常に増加することが可能になり、好ましくは、安定化添加物を必要とすることなしに可能になり、これは水および安定化剤の非水素化ホウ素−反応性の液相を置換することによる。非水素化ホウ素−反応性の液体は水素化ホウ素−水の酸化反応に関して比較的不活性であってよく、および／または、水により酸化もされ、あるいは、水の存在下で酸化または分解して、水素ガス、および通常は少なくとの１つの他の副産物を形成する、他の液状燃料であってよい。水素化ホウ素に対して比較的不活性な液体の１例は、アンモニアであり、好ましくは実質的に無水のアンモニアである。触媒としての水の存在下で水素を発生可能な他の液体燃料の１例は、ヒドラジンであり、これは、実質的にその無水物形態またはヒドラジンの一水和物として商業的に入手できる。他の例は、これに限定されないけれども、テトラエチレングリコールジメチルエーテルおよびトリメチレングリコールジメチルエーテルを含み、これはＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社から入手できる。非水素化ホウ素−反応性の液体との関係でここで使用されるように、用語「実質的」（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）は、少なくとも約９９重量％、好ましくは少なくとも約９９．５重量％、より好ましくは少なくとも約９９．８重量％、最も好ましくは少なくとも約９９．９重量％を意味する。
【００３０】
非水素化ホウ素−反応性液相は水素化ホウ素燃料を完全に溶解させる必要はないけれども、少なくとも部分的に溶解されていることが好ましい。非水素化ホウ素反応性液体中に水素化ホウ素を部分的に溶解させることは、固体水素化ホウ素燃料の平均粒子サイズを小さくするために粉砕することの代替手法となり得る。非水素化ホウ素−反応性液体中に溶解することは、溶液中の水素化ホウ素の個々の分子または結合した分子の小さなグループが、好ましくは少なくとも部分的に非水素化ホウ素の反応性液体に混合可能な水によって酸化にアクセス可能であるので、表面面積を増大するためのより好ましい手法である。
【００３１】
ここで使用されるように、用語「少なくとも部分的に混合可能」は、第１の成分との関係で第２の成分を記述するように、第２の成分および第１の成分の混合物が、混合物中における第２の成分の第１の成分に対する重量比が少なくとも約１：９、好ましくは少なくとも約１：４、より好ましくは少なくとも約１：２、最も好ましくは少なくとも約１：１のときに、単一の検出可能な相を形成することを意味する。水が非水素化ホウ素−反応性液体中に少なくとも部分的に混合可能であることが好ましい。なぜならば、これにより、水が水素化ホウ素燃料にアクセスするのが著しく妨害されることがなく、また非ホウ素可水素−反応性液体による水素化ホウ素の包囲によって水素化ホウ素−水の酸化反応が干渉されることもないからである。
【００３２】
それにもかかわらず、非水素化ホウ素−反応性液体は粒状／粉状の水素化ホウ素燃料とともに少なくともスラリを形成するに違いなく、そのため、形成されたスラリ／溶液／コロイドは十分に流動可能であり水素化ホウ素燃料を例えば燃料区画から水素発生反応室部へと液状搬送可能にしなければならない。
【００３３】
この発明の他の側面では、固体の水素化ホウ素燃料の表面面積を、固体、塊状、圧縮、または粒状の水素化ホウ素燃料の多孔性を調整することにより、増大させることができる。圧縮された粒子形態、または塊状の粒子形態の固体水素化ホウ素が使用されるならば、得られた固体の多孔性を、非水素化ホウ素−反応性液体を粒子の水素化ホウ素に添加して、例えばペーストを形成することにより増大させることが可能であり、この後、この組み合わせを多孔性が増大した水素化ホウ素燃料として使用できる。通常の固体の水素化ホウ素燃料が第１の多孔性を有するとすると、非水素化ホウ素−反応性液体を添加して多孔性が増大した固体の水素化ホウ素燃料を形成すると、有利なことに、第１の多孔性より少なくとも約１０％大きな、好ましくは少なくとも約２５％大きな、より好ましくは少なくとも約５０％大きな、またいくつかの場合には少なくとも約７５％大きな、第２の多孔性を有する多孔性が増大された固体水素化ホウ素燃料をもたらすことができる。添加される非水素化ホウ素−反応性液体の量は、上述のように、水素化ホウ素液体混合物を流動可能にする必要がない。しかしながら、十分な非水素化ホウ素−反応性液体を添加して、上述の多孔性の増加を実現し、また、従来の固体水素化ホウ素燃料の表面面積より有利なことに少なくとも約２５％大きな、好ましくは少なくとも約５０％大きな、より好ましくは約７５％大きな、最も好ましくは少なくとも約１００％大きな、増大した表面面積を伴う、多孔性が増大した水素化ホウ素燃料を実現してよい。多孔性および表面面積の双方は、当業者に利用可能な標準的な器具および手法を用いて測定できる。水素化ホウ素燃料の反応性のレベルが比較的大きいので、多孔性および／または表面面積の値を決定するのに、部分的に、核イメージング法に依拠し、これは例えば２Ｈ、１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｃ、１３Ｃおよび／または１５Ｎをその分子構造の一部として具備する１または複数の成分を利用する。
【００３４】
粉砕した粒状の水素化ホウ素では、多孔性が増大した固体の水素化ホウ素燃料が従来の固体燃料に対して有利である。なぜならば、典型的には通常の固体の水素化ホウ素燃料の表面に水による直接的な酸化の間に形成されるホウ酸スキンの形成による影響を、その表面面積の増大により最小化するからである。
【００３５】
典型的には、液体反応物成分は化学金属水素化物燃料と反応して水素を発生させる。上に示し、また以下の式に示すように、典型的には反応物成分の主足る部分を含む水が、水素化ホウ素燃料、この例では、ＮａＢＨ４と反応して、以下の反応スキームに従って水素を発生して良い。
Ｘ（ＢＨ４）ｙ  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｘ（ＢＯ）２    ＋  ４Ｈ２ 
ここで、Ｘは、これに限定されないが、グループＩＡまたはグループＩＩＡの任意の金属、例えば、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｋまたはその他、又はそれらの組み合わせを含み、ｙはＸの価数を表す数である。
【００３６】
いくつかの実施例においては、反応物は、溶液のｐＨを減少または増加させるオプションの添加剤を水の他に含む。所定の条件下では、反応物のｐＨは、水素が生成される速度を決定するために制御できる。例えば、反応物のｐＨを減少させる添加剤は、より高い率の水素発生を生じさせる。このような添加剤は、これに限定されないが、酸、例えば、塩素（ＨＣｌ）、フッ化水素酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＨＣ２Ｈ３Ｏ２）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、クエン酸（Ｈ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７）、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）そしてシュウ酸（Ｈ２Ｃ２Ｏ４）、部分的にイオン化されたそれらの塩、およびこれらの組み合わせを含む。逆にいえば、ｐＨを上げる添加剤は、例えば、塩基性化合物が、反応速度を遅くして、いくつかの場合には、ほとんど水素発生のないところまで反応速度を遅くする。この発明の溶液は、有利なことに、約７未満の任意のｐＨを伴うことができ、例えば約０．０１から約６まで、または、より好ましくは、約０．１から約３．０のｐＨであってよい。
【００３７】
いくつかの実施例においては、反応物は、水素ガスの生成を開始および／または促進させ、例えば、反応物成分が燃料成分と反応する速度を増大させることにより促進させる触媒を水の他にオプションで含んでよい。オプションの触媒が存在するときには、この触媒は、所望の反応を促進可能な任意の形状、サイズ、または状態（液体、固体または気体）であってよい。例えば、触媒は粉末の形体にするほど小さくて良く、それは反応室と同じぐらい大きくてよい。触媒が存在するときには、触媒は、反応物または燃料成分のうちの少なくとも一つが、触媒と接触する限り、反応室の内部または反応室に近くに配置できる。
【００３８】
触媒は、元素周期表のＶＩＩＩＢグループの１つまたはそれ以上の遷移金属を含んで良い。例えば、触媒は、遷移金属、具体的には、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびイリジウム（Ｉｒ）を含んで良い。さらに、1Ｂグループの遷移金属、すなわち、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、そして金（Ａｕ）、2Ｂグループの繊維金属、すなわち、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）および水銀（Ｈｇ）も、この発明の触媒として使用されてよい。触媒は、他の遷移金属および／または希土類金属を含んでも良く、これに限定されないが、スカンジウム（Ｓｃ）、チタニウム（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、およびマンガン（Ｍｎ）である。この発明で有用な遷移金属は、米国特許第５，８０４，３２９号で説明されており、その内容は参照してここに取り入れる。
【００３９】
オプションの触媒のいくつかは、一般的に以下の式で定義できる。
ＭａＸｂ
Ｍは遷移金属または希土類金属であり、Ｘは共有結合、イオン結合、または水素結合で当該金属に結合されている部分であり、“ａ”および“ｂ”は、Ｍの価数とバランスするのに必要な１〜６の整数である。
【００４０】
適切な遷移金属の陽イオンは、これに限定されないが、鉄（ＩＩ）（Ｆｅ２＋）、鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ３＋）、コバルト（Ｃｏ２＋）、ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ２＋）、ニッケル（ＩＩＩ）（Ｎｉ３＋）、ルテニウム（ＩＩＩ）（Ｒｕ３＋）、ルテニウム（ＩＶ）（Ｒｕ４＋）、ルテニウム（Ｖ）（Ｒｕ５＋）、ルテニウム（ＶＩ）（Ｒｕ６＋）、ルテニウム（ＶＩＩＩ）（Ｒｕ８＋）、ロジウム（ＩＩＩ）（Ｒｈ３＋）、ロジウム（ＩＶ）（Ｒｈ４＋）、ロジウム（ＶＩ）（Ｒｈ６＋）、パラジウム（Ｐｄ２＋）、オスミウム（ＩＩＩ）（Ｏｓ３＋）、オスミウム（ＩＶ）（Ｏｓ４＋）、オスミウム（Ｖ）（Ｏｓ５＋）、オスミウム（ＶＩ）（Ｏｓ６＋）、オスミウム（ＶＩＩＩ）（Ｏｓ８＋）、イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ３＋）、イリジウム（ＩＶ）（Ｉｒ４＋）、イリジウム（ＶＩ）（Ｉｒ６＋）、白金（ＩＩ）（Ｐｔ２＋）、白金（ＩＩＩ）（Ｐｔ３＋）、白金（ＩＶ）（Ｐｔ４＋）、白金（ＶＩ）（Ｐｔ６＋）、銅（Ｉ）（Ｃｕ＋）、銅（ＩＩ）（Ｃｕ２＋）、銀（Ｉ）（Ａｇ＋）、銀（ＩＩ）（Ａｇ２＋）、金（Ｉ）（Ａｕ＋）、金（ＩＩＩ）（Ａｕ３＋）、亜鉛（Ｚｎ２＋）、カドミウム（Ｃｄ２＋）、水銀（Ｉ）（Ｈｇ＋）、水銀（ＩＩ）（Ｈｇ２＋）、その他を含んでよい。
【００４１】
適切なＸ部分は、これに限定されないが、水素化物（Ｈ−）、フッ化物（Ｆ−）、塩化物（Ｃｌ−）、臭化物（Ｂｒ−）、ヨウ化物（Ｉ−）、酸化物（Ｏ２−）、硫化物（Ｓ２−）、窒化物（Ｎ３−）、リン化物（Ｐ４−）、次亜塩素酸塩（ＣｌＯ−）、亜塩素酸塩（ＣｌＯ２−）、塩素酸塩（ＣｌＯ３−）、過塩素酸塩（ＣｌＯ４−）、亜硫酸塩（ＳＯ３２−）、亜硫酸水素塩（ＨＳＯ３２−）、硫酸塩（ＳＯ４２−）、硫酸水素塩（ＨＳＯ４−）、水酸化物（ＯＨ−）、シアン化物（ＣＮ−）、チオシアン酸塩（ＳＣＮ−）、シアン酸塩（ＯＣＮ−）、過酸化物（Ｏ２２−）、ヒドロペルオキシド（ＨＯＯ−）、マンガン酸塩（ＭｎＯ４２−）、過マンガン酸塩（ＭｎＯ４−）、クロム酸塩（ＣｒＯ４２−）、重クロム酸塩（Ｃｒ２Ｏ７２−）、炭酸塩（ＣＯ３２−）、炭酸水素塩（ＨＣＯ３−）、リン酸塩（ＰＯ４２−）、リン酸水素（ＨＰＯ４−）、リン酸二水素塩（Ｈ２ＰＯ４−）、亜リン酸塩（ＰＯ３２−）、アルミン酸塩（Ａｌ２Ｏ４２−）、ヒ酸塩（ＡｓＯ４３−）、硝酸塩（ＮＯ３−）、酢酸塩（ＣＨ３ＣＯＯ−）、シュウ酸塩（Ｃ２Ｏ４２−）、アルコキシド（ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＯ−、ｎは０〜約１９の整数）、その他を含んでよい。
【００４２】
いくつかの実施例において、反応物成分および／または燃料成分の凍結を実質的に防止し、またその凝固点を低下させることができるオプションの添加剤も、反応物および／または反応室部内に含まれて良い。1実施例において、添加剤は、凍結防止剤のようなアルコールベースの組成物でよい。他の実施例において、オプションの相調整用添加剤は、これに限定されないが、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、エタノール（ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ）、プロパノール（例えば、１−プロパノール（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）または２−プロパノール（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＨ３））、ブタノール（ＣＨ３（ＣＨ２）３ＯＨ）、ペンタノール（ＣＨ３（ＣＨ２）４ＯＨ）、ヘキサノール（ＣＨ３（ＣＨ２）５ＯＨ）、その他を含む。蒸気点または沸点を変更する添加剤を、利用してもよい。
【００４３】
この発明の他の側面は、ここで説明された、酸化／反応物成分および流動可能燃料成分とともに使用可能な適切な水素発生装置に関し、その断面は図１に示される。水素発生装置または燃料電池カートリッジ１０は、その側壁内部に、３つの区画、すなわち、（１）流動可能な金属水素化物燃料成分１１０を収容するための燃料区画１００、（２）液状反応物成分２１０を収容するための反応物区画２００、および（３）反応室部３００を含む。燃料−反応物酸化反応の間に生成された水素ガスを使用するために、反応室部３００は、水素バルブ３０６および燃料管を介して燃料電池（図示しない）と結合するように構成されている。
【００４４】
燃料区画１００内の流動可能な金属水素化物燃料１１０は、金属水素化物と、当該金属水素化物と反応しない液体１１２とを含む。金属水素化物は、いくつかの実施例では、液体１１２中に実質的に溶解してよい。他の実施例では、金属水素化物が部分的にのみ液体１１２中に溶解し、あるいは、液体１１２中に実質的に溶けず、これらの実施例では、流動可能な金属水素化物燃料成分１１０は非水素化物−反応性液体１１２中の金属水素化物粒子からなるスラリ１１４を含んで良い。燃料成分１００は好ましくは加圧され、これは少なくとも部分的にバネバイアスのピストン１３２に由来し、これは、当初は、燃料区画１００の頂部またはその近くに、封止状態でスライド可能に配置される。バネバイアスのピストン１３２は、スライダ１３６によって、燃料区画１００の側壁に沿ってスライドでき、スライダ１３６は、ピストン１３２が燃料区画１００の側壁に沿ってシール状態でスライドすることを可能にする、弾性ワイパー、ガスケット、Ｏ−リングシール、その他であってよい。ピストン１３２はバネ１３０によりバイアスされ、これは当業界で知られている任意の適切なバネであってよく、図示のとおり燃料区画１００の頂部の壁部に固定して取り付けられ、あるいは、ピストン１２は加圧ガス、加圧発泡体、または液体炭化水素によりバイアスされてよい。いくつかの実施例では、燃料区画１００の頂部の壁部は水素発生装置１０の１の側壁に隣接して良い。好ましくは、ピストン１３２は潤滑性のシール材料（図示しない）、例えばワセリンによりシールされるけれども、他のシール材料、例えばＯ−リングまたはガスケットを採用して良い。バイアス用のバネ１３０は、有利なことに、ピストン１３２に力Ｆを加え、流動可能な金属水素化物燃料成分１１０が、必要なときに、圧力バルブ１４０を通じて反応室部３００へ強制的に運ばれるようになる。
【００４５】
圧力バルブ１４０は燃料区画１００を反応室部の燃料管１５０から切り離し、これが、燃料区画１００を反応室部３００と流体的に結合する。圧力バルブ１４０は電子コントローラ、例えば燃料電池内の、または燃料電池により給電されるデバイス内のコントローラにより制御可能であり、あるいは、反応室部３００の内部圧力により制御されて良い。反応室部の内部圧力によりバルブ１４０を制御することは、本出願人の出願に係る米国特許出願第１０／６７９，７５６号、および米国仮出願第６０／６８９，５３８号および同第６０／６８９，５３９号に十分に開示されている。これら特許出願の内容は参照してここに組み入れる。反応室部の燃料管１５０は複数のスプレイノズル／バルブ１５２を内包する。図１に示すように、４つのそのようなバルブが図示されているけれども、２個または６個あるいはそれ以上のスプレイノズルバルブがあってよく、これは実装上の配慮点、例えばサイズ、デザイン、および構成用の要請に左右される。各スプレイノズルバルブ１５２は流動可能な金属水素化物燃料成分１１０の滴、ストリーム、霧、その他のパターン１５６を反応室部３００中へ多方向に放射するように設計できる。
【００４６】
スプレイノズルバルブ１５２は、１つの好ましい実施例において、当業界で知られている、任意の圧力開放される、一方向バルブ、例えば、逆止バルブ、または圧力応答ダイヤフラムを具備するバルブに、接続され、あるいはその一部を構成してよく、これは、閾値圧力に至ったら開放するものである。このような場合、水素ガスが水素化物−水の酸化反応から発生され、反応室部３００が予め定められた圧力、具体的には燃料区画１００の圧力を超えて圧縮されると、流動可能な金属水素化物燃料成分１１０の加圧流が停止し、この際、反応室部３００内の燃料、反応物または酸化生成物がスプレイノズルバルブ１５２を通じて流れ戻ることがないようにされる。
【００４７】
反応物区画２２０内の液状の反応物成分２１０は、主に水、オプションにｐＨを低下させるための任意の添加剤、オプションの遷移金属または希土類金属の触媒、およびオプションの相調整用添加剤を有する溶液２１２を含む。反応物区画２００は好ましくは加圧され、この加圧の少なくとも一部はバネピストン２３２によりもたらされ、これは上述のバイアスされたピストン１３２と類似している。より具体的には、ピストン２３２は、当初、反応物区画２００の頂部またはその近くに、封止状態でスライド可能に配置される。バネバイアスのピストン２３２は、スライダ２３６によって、反応物区画２００の側壁に沿ってスライドでき、スライダ２３６は、ピストン２３２が反応物区画２００の側壁に沿ってシール状態でスライドすることを可能にする。ピストン２３２は、反応物区画２００の頂部の壁部に固定して取り付けられているバイアス用のバネ２３０にも結合されている。反応物区画２００の頂部の壁部は水素発生装置１０の１の側壁に隣接して良い。好ましくは、ピストン２３２は潤滑性のシール材料（図示しない）、例えばワセリンによりシールされるけれども、他のシール材料、例えばＯ−リングまたはガスケットを採用して良い。バイアス用のバネ２３０は、有利なことに、ピストン１３２に力Ｆを加え、液状の反応物成分２１０が、圧力バルブ２４０を通じて反応室部３００へ強制的に運ばれるようになる。バネ２３０は、加圧材料、例えば液体／気体の炭化水素、具体的にはブタン、プロパン、イソプロパン、その他で置換できる。
【００４８】
圧力バルブ２４０は反応物区画２００を反応室部の反応物管２５０から切り離し、これが、反応物区画２００を反応室部３００と流体的に結合する。圧力バルブ２４０は圧力バルブ１４０と同様に制御可能である。反応室部の反応物管２５０は複数のスプレイノズルバルブ２５２を内包し、これらはスプレイノズルバルブ１５２と類似である。各スプレイノズルバルブ２５２は液状の反応物成分２１０の滴、ストリーム、霧、その他のパターン２５６を反応室部３００中へ多方向に放射するように設計できる。スプレイノズルバルブ２５２も、一方向バルブに接続され、あるいはその一部を構成してよく、これにより、水素ガスが水素化物−水の酸化反応から発生され、反応室部３００が予め定められた圧力、具体的には区画２００の圧力を超えて圧縮されると、液状反応物成分２１０の加圧流が停止し、この際、反応室部３００内の燃料、反応物または酸化生成物がスプレイノズルバルブ２５２を通じて流れ戻ることがないようにされる。
【００４９】
反応物のスプレイノズルバルブ２５２から放出される各反応物パターン２５６を、有利なことに、燃料のスプレイノズルバルブ１５２から放出される各燃料のパターン１５６と相補的にでき、これにより、スプレイノズルバルブ１５２から流れ出る流動可能な金属水素化物燃料成分１１０とスプレイノズルバルブ２５２から流れ出る液状の反応物成分２１０が、連続して、少なくとも規則正しく噴出されて、お互いに新たに放射し合って、水素化物−水の酸化反応から生成される、好ましくない既存の副産物、例えば、ホウ酸からおよそ無縁となる。
【００５０】
燃料および反応物は加圧されてバルブ１４０および２４０から出て行くので、カートリッジ１０はどのような方向に向いていても動作可能である。代替的には、バルブ１４０またはバルブ２４０またはそれら双方を省略して管１５０、２５０の内部の圧力が区画１００、２００の内部の圧力とそれぞれ同一になるようにする。さらに、バルブ１４０、２４０を管１５０、２５０とともに省略してよく、スプレイノズルバルブ１５２および２５２が直接に区画１００および２００内の加圧液体に露出される。
【００５１】
オプションであるけれども好ましくは、コーティング層３２０を図１に示すように反応室部３００の壁部上に非着でき、これは、燃料スプレイノズルバルブ１５２、反応物スプレイノズルバルブ２５２、および水素バルブ３０６を除いた表面を少なくとも部分的に被覆する。コーティング層３２０は、有利なことに、水素化ホウ素−水の酸化反応から生成されるホウ酸（メタホウ酸）の副産物を捕捉できるポリマー材料を含んでよく、またはこれから製造されてよい。ホウ酸またはメタホウ酸の捕捉は、コーティング層３２０内のホウ酸吸引性官能基とホウ酸／メタホウ酸の副産物との間の吸収、共有結合作用、イオン結合、強い水素結合相互作用、その他により実現できる。ホウ酸吸引性官能基を具備する適切なポリマー材料の１例は、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＯＨ）である。しかしながら、ポリヒドロキシ機能性ポリマーおよびコポリマーはホウ酸（メタホウ酸）の副産物を捕捉する能力があると考えられる。このようなポリヒドロキシ機能性ポリマーおよびコポリマーは、これに限定されないが、ポリ（ビニルフェノール）、ポリ（ヒドロキシアルキルアクリレート）、ポリ（ヒドロキシアルキルアルカクリレート）、および、その他、ならびにこれらの、相互との、および／または他のコモノマーとの組み合わせまたはコポリマーを含む。オプションとして、コーティング層３２０は襞付けされ、その他、表面を増大させられてより多くのホウ酸副産物を吸着するようになっている。代替的には、反応室部がホウ酸吸引性官能基を有するポリマーから製造されて良い。
【００５２】
水素ガス発生装置１０は、先に参照して組みこんだ本出願人の出願に係る特許出願に関連して先に検討したように、自己安定化されてもよい。水素化物−水の酸化反応が反応室部３００内で進行すると、水素ガスが発生させられて反応室部３００内に圧力Ｐ３００を形成できる。反応物区画２００および反応室部の反応物管２５０において、バイアス用のバネ２３０およびバネバイアスされたピストン２３２が圧力Ｐ２００を液状の反応物成分２１０に加え、これがスプレイノズルバルブ２５２により安定化される。同様に、燃料区画１００および反応室部の燃料管１５０において、バイアス用のバネ１３０およびバネバイアスされたピストン１３２が圧力Ｐ１００を流動可能な金属水素化物燃料成分１１０に加え、これがスプレイノズルバルブ１５２により安定化される。典型的には、Ｐ１００およびＰ２００は液状反応物成分２１０および流動可能な金属水素化物燃料成分１１０の対応する表面張力と近似的に等価、または少なくとも比例するに違いない。（Ｐ１００≒Ｐ２００）＞＞Ｐ３００のとき、成分１１０および２１０はスプレイノズルバルブを通じて反応室部に入り、水素ガスが反応によりできて、反応室部３００内の圧力を増大させる。Ｐ３００はＰ１００およびＰ１００と等価になる、またはこれを上回ることが可能である。このポイントで、またはこのポイントの近くで、バルブ１５２、２５２、１４０、および／または２４０がこの圧力差に起因して自動的に遮断されて、燃料成分１１０および液状の反応物成分２１０から燃料および反応物が流れるのを停止させ、この結果、バルブ１５２、２５２が実質的に閉じ、成分１１０および２１０が反応室部３００に流れるのを遮断する。バルブ１５２、２５２、１４０、および／または２４０の１つまたは複数、またはすべては、Ｐ３００≧Ｐ１０，Ｐ２０のときに自動的に閉じる、バネベースの逆止バルブまたはボールバルブであってよい。先に検討したように、１４０および／または２４０はオプションである。そのような逆止バルブまたはボールバルブは先に参照して組みこんだ米国特許出願第１１／０６７，１６７号ならびに米国仮出願第６０／６８９，５３８号および同第６０／６８９，５３９号に十分に開示されている。
【００５３】
燃料電池が水素ガスを必要とするとき、水素バルブ３０６が図１に示すように開となる。水素バルブ３０６は当業界で知られている任意のバルブであってよく、これに限定されないが、ソレノイドバルブ、逆止バルブ、その他を含み、また、ユーザ、あるいは、燃料電池または電子デバイスを制御するコントローラにより開とされてよい。オプションとして、基体透過性、液体非透過性の膜（図示しない）を水素バルブ３０６の前面に配置して良い。膜（図示しない）は液体または副産物が水素バルブ３０６および燃料管（図示しない）を通じて燃料電池（図示しない）に搬送されるのを阻止できる。フィラーまたは発泡体をオプションに膜（図示しない）と組み合わせて採用して所定の液体または酸化反応副産物を保持して詰まりを抑制させることができる。膜は、当業者に知られている任意の液体非透過、気体透過性材料から製造してよい。そのような材料は、これに限定されないが、アルケン基を具備する撥水性材料を含む。より具体的な例は、これに限定されないが、ポリエチレン組成物、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリグラクチン（例えばＶＩＣＲＹＬという商標の下で商業的に入手できる）、凍結乾燥硬膜、ＣＥＬＧＡＲＤ（商標）および／またはＧＯＲＥ−ＴＥＸ（商標）の商標の下で販売されているそのようなポリマー（コポリマー）、本出願人の出願に係る米国特許出願第１０／３５６，７９３号（参照してここに組み入れる）に開示されているそのような基体透過性、液体非透過性材料、またはこれらのコポリマーあるいは組み合わせを含む。
【００５４】
代替的な実施例では、室部３００は、燃料パターン１５６および反応物パターン２５６が水素を生成するために被着される表面、例えば表面３２０を具備する。ホウ酸副産物はこの表面に層として残され、新鮮な燃料および反応物がホウ酸副産物の頂部に被着されてさらに燃料およびホウ酸の副産物を生成する。この代替手法の利点は、新鮮な燃料は既存のホウ酸副産物の頂部に被着されるため、ホウ酸がどのような燃料も包囲しないということである。新鮮な燃料および反応物／水の被着に先立って反応物または水が被着されて既存のホウ酸副産物と反応またはキレート反応する。代替的には、ホウ酸を中和することが可能な液体を、新鮮な燃料および反応物の被着に先立って被着してよい。
【００５５】
ここで記述された液状の反応物成分および非流動的な燃料成分とともに使用可能な他の適切なガス発生装置は本出願人の出願に係る米国仮出願第６０／６８９，５３８号、同第６０／６８９，５３９号、および同第６０／６８９，５７２号に説明されている。’５７２仮出願も参照してここに組み入れる。
【００５６】
当該明細書およびここで開示された発明の実践を考慮することにより、当業者にはこの発明の他の実施例が明らかであろう。この明細書および例は事例としてのみ考慮すべきであり、この発明の範囲および精神は特許請求の範囲およびその均等物により示されるべきであることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】金属水素化物燃料から水素を放出させるのに使用可能な装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    燃料電池カートリッジ
１００    燃料区画
１１０    金属水素化物燃料成分
１５０    燃料管
１５２    スプレイノズルバルブ
２００    反応物区画
２１０    反応物成分
２５０    反応物管
２５２    スプレイノズルバルブ
３００    反応室部
【図１】
2009510706.tif 000003
【国際調査報告】
2009510706.tif 000004