(57)【要約】直接酸化燃料電池及び直接酸化燃料電池システムに使用するための、燃料貯蔵容器から燃料を除去若しくは酸化分解するためのシステム及び方法であって、ここで、燃料は、或る材料中に浸透して、貯蔵容器から流出する際に燃料を酸化する触媒／酵素に接触し得る。当該システムは、触媒コートされた材料が設けられた燃料貯蔵容器を備える。触媒領域上には空気不浸透性のシールが設けられ、当該シールが破壊されると、酸素の行き来、結果、触媒反応を可能とする。空気不浸透性のシールは、燃料電池システムから容器を取り外す際に、簡単な手動方法あるいは自動方法により破壊することができる。
2006523935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料容器から燃料を除去／酸化分解するためのシステムであって、
燃料リザーバを含んで成る直接酸化燃料電池用の燃料容器；前記燃料リザーバと前記直接酸化燃料電池との間の導管；及び前記リザーバと周囲環境との間の開口を含み、前記開口が、燃料透過性材料で覆われており、且つ前記開口及び燃料透過性材料が、空気不浸透性並びに液体密封性をもたらす除去可能なオーバーレイで覆われている、システム。
【請求項２】
直接酸化燃料電池用の燃料容器であって、
燃料リザーバを収容している燃料容器ハウジングを含んで成り、前記ハウジングが、その少なくとも一部が触媒領域を有する燃料透過性材料で実質的に覆われた開口を有し、それによって、空気が前記触媒領域に到達すると、前記リザーバ内の燃料が前記燃料透過性材料上で実質的に触媒作用を受けて、二酸化炭素と水を形成する、燃料容器。
【請求項３】
前記燃料透過性材料が、除去することができる空気不浸透性のオーバーレイで覆われている、請求項２に記載の燃料容器。
【請求項４】
前記空気不浸透性のオーバーレイが、金属ホイル及びテープのうちの少なくとも１つから実質的に構成されている、請求項２に記載の燃料容器。
【請求項５】
前記空気不浸透性のオーバーレイが、燃料に対して非透過性であり、且つ前記空気不浸透性のオーバーレイが存在する際に燃料も酸素も前記燃料容器と周囲環境との間を実質的に通過しないように前記燃料容器ハウジングに結合されている、請求項４に記載の燃料容器。
【請求項６】
前記空気不浸透性のオーバーレイが、前記空気不浸透性のオーバーレイに穴があけられた際に酸素が前記燃料リザーバ中に導入され、燃料の酸化が起こるように、手動的又は自動的機構によって穴があけられる、請求項５に記載の燃料容器。
【請求項７】
前記触媒が、白金、白金／ルテニウム、及び白金／ルテニウム混合物から成る群から選択される、請求項２に記載の燃料容器。
【請求項８】
前記触媒が、酸素の存在下でメタノールを分解する酵素である、請求項２に記載の燃料容器。
【請求項９】
前記酵素が、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、及びギ酸デヒドロゲナーゼと、共同因子であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチドとの組み合わせの１つ又は複数から少なくとも部分的に構成される、請求項８に記載の燃料容器。
【請求項１０】
直接酸化燃料電池システムと共に用いるための燃料貯蔵容器であって、該容器が、
燃料リザーバを収容している容器ハウジングであって、前記ハウジングの少なくとも一部が、前記容器の内側に面するその面上に触媒のコーティングされた実質的に酸素透過性の材料から構成されている、前記容器ハウジング；及び
前記酸素透過性の材料を覆って、前記ハウジングの外側に配置された空気不浸透性のシール層であって、それによって、前記空気不浸透性のシールが除去されると、酸素が前記燃料リザーバに入り、前記燃料リザーバ内で燃料の触媒が起こる、前記シール層、
を含んで成る、燃料貯蔵容器。
【請求項１１】
前記酸素透過性材料がまた、液体非透過性である、請求項１０に記載の燃料貯蔵容器。
【請求項１２】
直接酸化燃料電池を含む直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、
開口を有する燃料カートリッジであって、その少なくとも一部が触媒コートされた燃料透過性材料から実質的に構成される、燃料カートリッジ；
前記触媒コートされた燃料透過性材料に結合されたシール要素；及び
前記燃料カートリッジを受容するよう構成されたインターフェースを備える燃料電池ハウジング
を含んで成り、前記燃料カートリッジを前記インターフェースに接続すると、前記燃料カートリッジから前記燃料電池に燃料が供給され、且つ前記インターフェースが、前記燃料カートリッジを前記ハウジングから外す際に前記燃料カートリッジ内の残留燃料が空気に露出され実質的に触媒作用を受けるように、前記燃料カートリッジの前記シール要素に咬み合う除去機構を備える、燃料電池システム。
【請求項１３】
前記除去機構がつめ部材を含み、前記シール要素がタブを含み、それによって、前記燃料カートリッジが前記ハウジングから外される際に、前記つめ部材が前記タブに咬み合うことで前記シール要素が前記カートリッジから分離し、それによって、前記触媒コートされた燃料透過性材料が空気に露出し、前記カートリッジ内の残留燃料が実質的に触媒作用に付される、燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料カートリッジが、
前記触媒コートされた燃料透過性材料上にシールを形成する第１の位置と、前記燃料透過性材料への空気の到達を可能にする第２の位置とを有するスライド機構
を備える、請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記スライド機構に接続された作動装置であって、前記燃料電池システムから前記カートリッジを除去すると、前記スライド機構を前記第２の位置に移動させ、それによって前記燃料透過性材料を空気に露出させる、前記作動装置、をさらに含む、請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
直接酸化燃料電池システムであって、
直接酸化燃料電池；
前記直接酸化燃料電池に接続された燃料源；及び
前記燃料電池からの燃料又は希釈燃料を含む廃液を受容するように前記燃料電池と流体連通して配置された廃液チャンバ
を含んで成り、前記廃液チャンバが、触媒でその少なくとも一部がコーティングされた実質的に燃料透過性の材料で覆われている開口を有し、それによって、前記燃料透過性材料が周囲空気に露出される際に廃液が前記燃料電池システム内に留まりつつ実質的に酸化分解される、燃料電池システム。
【請求項１７】
燃料容器内の燃料を除去及び酸化分解するための方法であって、
燃料透過性材料で覆われた開口を有する燃料容器を設けるステップ；
前記燃料透過性材料の少なくとも一部を触媒で覆うステップ；及び
前記燃料透過性材料を周囲空気に露出させることによって、前記触媒上での未反応燃料の触媒反応を促進するステップ、
を包含する、方法。
【請求項１８】
前記燃料透過性材料をシールするステップをさらに包含し、それによって、前記シールが存在する間は燃料が触媒作用に付されない、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記燃料容器内の燃料レベルを検出するステップをさらに包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記燃料レベルが所定のレベルに達した際に、前記シールを破壊して前記燃料透過性材料に空気を到達させ、残留燃料を実質的に触媒作用に付す、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、直接酸化燃料電池の分野に関し、詳細には、直接酸化燃料電池及び直接酸化燃料電池システムにおいて用いるための、燃料貯蔵容器からの未反応燃料を除去／酸化分解するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池技術は、携帯型の電力用途及びエレクトロニクス用途のための長寿命電力源に関する商業的発展の機会をもたらす。多くの家電がより携帯性のものへと向かう傾向の中、幾つかの燃料電池技術は、携帯型の電力源に関する高まる要望を満たす有望な代替電力源をもたらす。燃料電池は、比較的安価なアルカリ電池や、ニッケル金属水素化物及びリチウムイオン電池システムなどの現在家電に利用されている種々の高密度バッテリーに取って代わるか又は有利に競合する可能性がある。それらの低い電力密度、短いサイクル寿命、充電性やコストに起因して、これらの種類の電池は、ラップトップコンピュータや携帯電話などの家電にとって満足のゆく電力源とはいえない。また、これら全ての種類の電池では、環境安全性に関する問題が生じ、適切な処分には費用がかかる。
【０００３】
燃料電池システムは、天然ガス、メタノール、エタノール又は水素などの燃料反応物と、酸化剤、典型的には周囲空気からの酸素とが関与する電気化学反応を介して、化学エネルギーを使用に適した電気エネルギーへと変換する発電装置である。燃料電池システムは、「改質器ベース」のシステム（即ち、電池に導入される前に幾つかの方法で燃料が処理されるもの）、又は中間処理を要することなく燃料が電池に直に供給される「直接酸化」システムに分類される。最近利用可能な定置式燃料電池は、改質器ベースの燃料電池である。しかしながら、そのような電池に関する燃料処理要件によって、それらの電池の適用は、比較的大型のシステムに限定される。
【０００４】
中間変性若しくは酸化を要することなく燃料反応物が燃料電池に直に供給される直接酸化燃料電池は、典型的に、燃料極拡散層、空気極拡散層、及び前記燃料極拡散層と前記空気極拡散層との間に配置される、プロトン伝導性ではあるが電子非伝導性の膜（「ＰＣＭ」）のような電解質、から構成されている。燃料反応物は、燃料電池燃料極に導入され、ＰＣＭの燃料極表面に密に接している触媒層へと送られる。燃料極触媒層は、燃料反応物分子から水素イオン（プロトン及び電子）を放出させる酸化反応の結果、燃料反応物由来の水素をプロトンと電子に分離する。回路と閉じると、燃料極触媒反応により生成したプロトンは、膜電解質を通って、燃料電池の空気極へと移動する。燃料分子の燃料極酸化により生成した電子は、膜電解質を通過することができず、他の経路を探し、電力の供給を受ける負荷を通る。電子は、燃料極触媒から、燃料極拡散層、負荷（典型的に電流コレクタ）、空気極拡散層を通って、空気極触媒層へと流れ、ここで電子は、プロトン及び酸素と結合して水を形成する。
【０００５】
燃料反応物及び酸化剤の適切な供給が燃料電池に与えられる限り、電池は、絶え間なく電気エネルギーを生成し、所望の電力出力を維持し得る。よって、燃料電池は、数時間ではなく数日間もの間、ラップトップコンピュータや携帯電話を作動させることができると共に、高密度アルカリ電池に関連する有害性や処分費用を低減させたり、排除することができる。問題は、携帯型のエレクトロニクス用途の向く小型あるいは「マイクロ」燃料電池の形状要件並びに操作要件に適う燃料電池技術の開発や直接燃料電池システムの運転管理である。
【０００６】
直接メタノール燃料電池（「ＤＭＦＣ」）システムは、多くの場合、特定の電力要件を満たすべく電圧ポテンシャルを高めるために多数の単一燃料電池を集めて形成された電池スタックを含む、マルチセル「スタック」である。携帯型エレクトロニクス用の代替電力源であるＤＭＦＣシステムの実現可能性は、電力用途にとって必要な電力要件を満足させつつ、要求される形状因子を満たすようにシステム全体の寸法を削減することに依存している。
【０００７】
現在、従来技術のＤＭＦＣシステムは、例えば、米国特許第５，９９２，００８号、第５，９４５，２３１号、第５，７９５，４９６号、第５，７７３，１６２号、第５，５９９，６３８号、第５，５７３，８６６号及び第４，４２０，５４４号に開示されるような幾つかの構成で運転されている。燃料電池技術が発展するにつれ、利点や欠点を有する他のバリエーションや構成が開発され得る。
【０００８】
ＤＭＦＣに関しては、ＰＣＭの触媒作用の及ぶ燃料極面に十分な量の燃料（典型的に、純メタノール又は水とメタノールとの混合物）を、ＰＣＭの触媒作用の及ぶ空気極面に酸素を与えることが必要である。ＰＣＭに十分な量の反応物が導入され損なうと、燃料電池内の発電反応は停止してしまう。
【０００９】
メタノールは、燃料電池システムにとって魅力的な燃料であるが、ほとんどの他の適切な燃料と同様に、それは特定の条件下で可燃性であり、また、それは、吸入されると健康に有害である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
典型的な燃料電池システムでは、使用済み燃料極排出物貯蔵部や容器内には、残留燃料が残っており、それは除去されるべきであるが、実際上、完全には空にはなっていない。処分後の容器内に燃料が含まれることによって、健康問題や安全性問題が起こり得る。よって、燃料電池や燃料電池システムの使用済み燃料貯蔵容器や容器群からそのような残留燃料を安全に除去するためのシステム及び方法が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、燃料容器から燃料を除去／酸化分解するためのシステムに関し、それは、直接酸化燃料電池用の、燃料リザーバを有する燃料容器；リザーバと直接酸化燃料電池との間の導管；及びリザーバと周囲環境との間の開口を含んで成り、ここで、開口は、好ましくは触媒のコーティングされた燃料透過性材料で覆われており、また、開口及び燃料透過性材料は、空気不浸透性並びに液体密封性をもたらす除去可能なオーバーレイで覆われている。
【００１２】
本発明の他の態様は、燃料容器から燃料を除去／酸化分解するためのシステムに関し、それは、直接酸化燃料電池用の、燃料リザーバを有する容器；燃料リザーバと直接酸化燃料電池との間の導管；及びリザーバと周囲環境との間の開口を含んで成り、ここで、開口は、酸素透過性材料で覆われており、また、開口及び酸素透過性材料は、空気不浸透性並びに液体密封性をもたらす除去可能なオーバーレイで覆われている。
【００１３】
本発明の他の態様は、燃料容器から燃料を除去／酸化分解するためのシステムに関し、それは、直接酸化燃料電池用の、第１燃料リザーバを有する第１燃料容器；第１燃料リザーバと直接酸化燃料電池との間の第１導管；廃液リザーバを備える廃液容器；燃料電池若しくは第１燃料リザーバと廃液リザーバとの間の第２導管；及び廃液リザーバと周囲環境との間の開口を含んで成り、開口は、触媒のコーティングされた燃料透過性材料で覆われている。
【００１４】
本発明の他の態様は、燃料容器内の燃料を除去／酸化分解するための方法に関し、それは、直接酸化燃料電池用の、燃料を含有している燃料リザーバを有する燃料容器、燃料リザーバと直接酸化燃料電池との間の導管、及び燃料リザーバと周囲環境との間の開口を設けることであって、ここで、開口は、燃料透過性材料で覆われ且つ触媒でコーティングされており、また、開口及び燃料透過性材料は、空気不浸透性並びに液体密封性をもたらすオーバーレイでおおわれている、前記設けること；及び、空気不浸透性のシールを破壊すべく、オーバーレイの少なくとも一部を除去するか又は穴をあけて、触媒を酸素に露出させ、燃料を触媒により酸化すること、を包含する。
【００１５】
本発明の他の特徴は、以下の詳細な説明において記載することとし、また、その一部は、当業者には、その記載から容易に理解されるであろうし、記載する説明や特許請求の範囲、並びに添付の図面に記載されるような本発明を実践することによって確認されよう。
【００１６】
以上の概略的な説明並びに以下の詳細な説明が本発明の単なる例示にすぎず、範囲請求する発明の本質や特性を理解するための全体像や構成を与える意であることを理解されたい。
【００１７】
添付の図面は、本発明のさらなる理解をもたらすよう加えたものであり、本明細書に含まれて一部を構成するものである。図面は、本発明の原理や操作を説明する機能のある説明と共に本発明の１つ又は複数の実施形態を図解している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、燃料電池システムの一部である燃料リザーバ若しくは燃料源、又は特別に設けられた廃液タンク内の残留燃料の安全な放出法、即ち酸化分解のための解法を提供する。説明目的で、ここでは、純メタノール若しくはメタノール水溶液を燃料成分とするＤＭＦＣシステムに関し採用される、本発明の例示的な実施形態を説明する。しかしながら、燃料貯蔵容器若しくは容器群から燃料を除去／酸化除去するためのシステム及び方法が、直接酸化燃料電池システムに適合する他の燃料に関しても容易に利用し得ることは本発明の範囲内であることを理解されたい。従って、ここで用いるとき、用語「燃料」、「燃料反応物」及び「燃料混合物」には、メタノール、エタノール、又はそれらの組み合わせやそれらの水溶液、並びに直接酸化燃料電池システムにおける使用に適する他の炭素含有燃料が含まれる。
【００１９】
説明目的であり限定目的ではないが、ここでは、一種のＤＭＦＣシステムに関し説明する。直接メタノール燃料電池システムは、ＰＣＭを備える。当該システムは、好ましくは、携帯用途における使用のためにケース内に配置される。好ましい実施形態では、直接酸化燃料電池システムは、直接メタノール燃料電池を含む。当該燃料電池は、ハウジングによって囲まれている、燃料極チャンバと空気極チャンバとを有する。燃料極チャンバと空気極チャンバとは、好ましくは燃料極触媒と空気極媒とがコーティングされているＰＣＭにより隔てられている。メタノールなどの燃料は、具体的用途に応じて、ポンプを用いて、又は加圧カートリッジや他の燃料供給システムを用いることによって、燃料源からＤＭＦＣの燃料極チャンバに供給される。
【００２０】
当業者に理解されるであろうが、水性メタノールのような炭素含有燃料溶液は、典型的に燃料極拡散層を通って、ＰＣＭに送られる。燃料は、ＰＣＭの燃料極表面に密に接しているか又は燃料極チャンバ及び空気極チャンバ内に存在し、燃料極において炭素含有燃料の直接酸化を可能とし且つＰＣＭの空気極面における空気極反応の生成物の還元を可能とする、触媒により分解される。回路を閉じると、プロトンは、電子に対して非透過性の膜電解質中を通る。電子は、プロトンと再結合すべく他の経路を探し、負荷を通って移動し、それによって電池電力をもたらす。このように、燃料分子から水素プロトンと電子が分離する。電極反応の化学式は以下の通りである。
【００２１】
燃料極：CH3OH + H2O = CO2 +6H+ + 6e-      式１
空気極：4H+ + 4e- + O2 = 2H2O             式２
正味：CH3OH + 3/2O2 = CO2 + 2H2O          式３
【００２２】
直接酸化燃料電池の燃料極反応では、式１に記載のように、二酸化炭素（CO2）が生成され、それは当業者に既知の方法及び装置を用いて燃料電池システムから排除される。式２に記載の空気極反応によって、空気極チャンバ内に水が生成する。水は、燃料電池システムの空気極チャンバから除去され、燃料極チャンバへと再循環されたり、収集されたり、周囲環境に排出されたりする。
【００２３】
米国特許第５，９９２，００８号、第５，９４５，２３１号、第５，５９９，６３８号、第５，５７３，８６６号及び第４，４２０，５４４号、参照することでその全てを本明細書に取り入れることとする、に開示される燃料電池システムのような直接メタノール燃料電池は、典型的に、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．から市販されているＮＡＦＩＯＮ（登録商標）などのパーフルオロカーボンスルホン酸（「ＰＦＳＡ」）イオノマーから成るプロトン伝導性のカチオン交換ポリマー膜を採用する。ＤＭＦＣシステム用の膜電解質として機能する市販のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜は、一般的に、２５〜１７５μｍの厚さを有する。複合膜もまた市販されており、膜電解質として機能し得る。複合膜は、均質イオノマー膜よりも著しく薄く、一般的に、厚さは１０〜２５μｍである。そのような複合膜としては、例えば、デラウェア州ニューアークのＷ．Ｌ．Ｇｏｒｅ，Ｉｎｃ．から入手できるＰＦＳＡ充填孔を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）マイクロメッシュ材料が挙げられる。
【００２４】
膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）は、好ましくは、燃料極拡散層、空気極拡散層、及び燃料極拡散と空気極拡散層との間に配置されるＰＣＭを含んで成る。触媒層は、好ましくは、各拡散層に密接しているＰＣＭの一方若しくは両方の面に配置される。当業者であれば、ＰＣＭ、触媒層及び拡散層は典型的に密接して配置されるか、又は互いに結合し且つ又は互いに結合してＭＥＡを形成することが好ましいことは理解されよう。燃料電池及び／又はＭＥＡの具体的構成は成分や構造に関して変化し得るが、ＭＥＡは、燃料電池発電をもたらすべく、反応物の導入、電気化学反応の持続並びに未反応反応物、反応生成物及び副生物の除去を促進する構造として定義される。ここで用いるとき、用語「空気極」、「空気極チャンバ」、及び「ＭＥＡの空気極側」は、交換して用いることができ、プロトン、電子及び酸素が結合して空気極生成水が形成される燃料電池部分を表す意がある。ここで用いるとき、「燃料極」、「燃料極チャンバ」及び「ＭＥＡの燃料極側」は交換して用いることができ、燃料と水との混合物の燃料極分解によりプロトン、電子及び二酸化炭素が生成される燃料電池部分を表す意がある。
【００２５】
電流コレクタプレート及び／又は他の電流収集要素を燃料電池ユニットのＭＥＡの外側に配置することで、メタノールの電気化学酸化により生成した電子を伝導させ且つ収集することができる。適切な電流コレクタは、典型的に、炭素複合体、又はステンレス鋼やチタニウムなどの金属から構成されており、高い電子伝導性を示し、メタノール、水、酸素あるいは他の反応物や副生物の存在下でも腐食したり劣化したりしない。コレクタプレートは、バイポーラプレートとして構成することができ、反応物の効果的な物質輸送並びに二酸化炭素や水をはじめとする反応副生物の効果的な除去をもたらす広範な流路構造を有する流れ場を形成するよう形状を整えることができる。あるいはまた、電流コレクタは、燃料極チャンバの導電性要素の少なくとも１つと接触している薄い金網やホイルとし得る。
【００２６】
好ましい実施形態では、燃料透過性材料で覆われた開口を有する燃料貯蔵容器に、除去可能なオーバーレイ、好ましくはテープやホイル、を設けることで、除去時には、燃料透過性材料の触媒領域への空気の通り道を生成することができる。容器内の燃料が完全にではないがほぼ消費された場合、又は処分のために容器を除去する場合には、オーバーレイを取り除くことで、材料の触媒表面に酸素（典型的には周囲空気）を行き来させることができ、また、その燃料透過性のおかげで、残留燃料は触媒により反応して温和な生成物である二酸化炭素や水を形成することができる。典型的に、オーバーレイの除去は、燃料貯蔵容器内の燃料濃度が燃料電池の運転に役に立たないほどに低下しているか、又は容器内の燃料量が燃料電池に燃料を効果的に供給するにはもはや十分ではないために燃料容器を燃料電池システムから取り外す際に行われる。しかしながら、その他にも、オーバーレイを除去して、タンク内の燃料を酸化させることが必要とされたり望まれる場合があり得る。オーバーレイが一旦取り外されると、空気が燃料透過性材料に到達し、残留メタノールは燃料容器の外表面において触媒反応に付される。図１に示すように、燃料貯蔵容器２の少なくとも一部は、触媒６でコーティングされた燃料透過性材料４からなる。触媒６は、除去可能な空気不浸透性のオーバーレイ８で覆われている。空気不浸透性のオーバーレイ８は、当業者に既知の、金属ホイルやテープなどから作られており、それは、酸素が触媒に到達して、触媒によって燃料が酸化されることを防止する。空気不浸透性のオーバーレイ８はまた、燃料に対して非透過性であり、燃料も酸素も容器と周囲空気との間を実質的に通過しないように燃料容器に結合させている。
【００２７】
空気不浸透性のオーバーレイ８は、手動若しくは自動的な方法によって穴をあけたり、燃料貯蔵容器２から取り外したりすることができ、それによって、タンク内へと酸素が導入され、燃料を酸化させることができる。手動の方法は、ユーザが当該ホイル又はテープを引き離して下にある触媒を露出させることによって達成される。自動の方法は、図４及び５を参照して後により詳細に説明するように、燃料電池の構成要素を機械的に捕捉するタブをホイルやテープに設けることによって達成される。
【００２８】
当業者であれば、本発明に従って酸素存在下でメタノールを酸化させるために数多くの触媒を用い得ることは理解されよう。説明目的であり限定するものではないが、白金や白金／ルテニウム混合物が、触媒として用いられることがよく知られている代表的な物質である。また、他の金属触媒を用いて、メタノールや他の燃料の空気酸化を行うこともできる。
【００２９】
金属成分や化合物以外では、酸素の存在下でメタノールを分解する酵素を触媒に用いることができる。温和な条件（室温、大気圧、中性ｐＨ）下でメタノールや他の考えらられ得る燃料を二酸化炭素へと酸化する酵素触媒は、Ｐａｌｍｏｒｅ，Ｇ．Ｔ．Ｒ．、Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｇ．Ｍ．による、Ｅｎｚｕｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｉｏｍａｓｓ  ｆｏｒ  Ｆｕｅｌｓ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  １９９４，２７１−２９０，「Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ  Ｂｉｏｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌｓ」ｉｎ  ＡＣＳ  ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｎｏ．５６６、参照することでその全てを本明細書に取り入れることとする、に開示されている。例えば、メタノールを二酸化炭素にする酵素酸化は、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、及びギ酸デヒドロゲナーゼと、共同因子であるニコチンアミドアデニンジヌクレオチドとの組み合わせによってもたらされる。
【００３０】
図４に示すように、燃料貯蔵容器４２の少なくとも一部は、触媒４６でコーティングされた燃料透過性材料４４から成る。触媒４６は、タブ４５を有する空気不浸透性のオーバーレイ４８で覆われている。
【００３１】
図５に示すように、燃料は、燃料カートリッジ５２近傍につめ５３を有する燃料電池システム５１のインターフェースに与えられる。燃料カートリッジ５２の少なくとも一部は、触媒５６のコーティングされた燃料透過性材料５４から成る。触媒５６は、タブ５５を有する空気不浸透性のオーバーレイ５８で覆われている。燃料電池システムインターフェース内へのカートリッジアセンブリ（タブ５５付きのオーバーレイ５８を含む）の挿入によっては、オーバーレイ５８がカートリッジから除去されるようにはタブに咬み合わない。しかし、使用済みカートリッジ５２が取り外される際には、燃料電池システム５１からのカートリッジ５２の引き離しによって、タブ５５がつめ５３に咬み合い、オーバーレイ５８が引き剥がされるか又は穴があけられ、材料５４の触媒領域が空気に露出する。燃料電池システム５１は、新しい燃料カートリッジ５２の挿入時にタブ５５がつめ５３に接触しないように設計されているか、又は、オーバーレイ５８をカートリッジ５２から分離させるようにタブ５５に咬み合うことなく、オーバーレイ５８が元のまま維持され得るように挿入を達成することができる。オーバーレイ５８は、燃料電池システム５１からのカートリッジ５２の取り外し時に３方のみが引き剥がされるようにカートリッジ５２に固定することで、オーバーレイが完全に分離し燃料電池システム５１を詰まらせることを防止し得る。
【００３２】
図６−８に示す他の好ましい実施形態では、貯蔵容器に、スライドカバーが設けられており、それによって残留燃料が燃料電池の運転に役に立たないほどにメインタンクのモル濃度が低下した際に空気の通り通を作ることができる。スライドを横に動かすと、空気が、燃料透過性材料に到達し、そして、残留メタノールはその材料表面で触媒作用を受ける。スライドは、カートリッジ式燃料電池容器を除去することによって駆動される。図６に示すように、燃料貯蔵容器６２は、触媒コートされた材料上に空気不浸透性のシールをもたらすスライドカバー６３を有する。カバー６３は、対応する２つの溝６７に咬み合う２つのレール６５を有しており、それによって、カバー６３は開位置と閉位置との間を前後にスライドすることができる。他のスライドカバー構成法も当業者に知られており、本発明の範囲内であるとする。
【００３３】
図７は、閉位置７５にある、燃料貯蔵容器７２のカバー７３を示しており、それは、空気不浸透性のオーバーレイをもたらす。燃料電池システムは、使用中にカバーが閉位置に留まるよう設計されている。
【００３４】
図８は、開位置８５にある、燃料貯蔵容器８２のカバー８３を示している。触媒領域８７は、カバー８３が開位置８５にある際、空気に露出している。触媒領域８７は、触媒のコーティングされた燃料透過性材料から構成される。使用済み容器８２を燃料電池システムから取り外す際には、カバー８３は、閉位置から開位置へと、好ましくは自動的に、移動する。自動的な方法は、カバーのスライドを促す摩擦がカバーにかかるように密接にタンクを据え付けるか、又はタンクの除去時に、カバーに咬み合うつめをシステムに据え付けることをはじめとする、種々の構成により達成し得る。
【００３５】
上記のように、空気不浸透性のシールの除去やスライドの駆動は、電池若しくはシステムからの燃料貯蔵タンクの除去という動作によって、他の別個のユーザによる操作を必要とすることなく、達成される。ここでは力を線形運動として示しているが、角運動や回転運動を用いてカバーを動かすことも可能である。
【００３６】
図９は、燃料貯蔵容器９２の少なくとも一部が、容器内側に面する面上に触媒９６のコーティングされた酸素透過性材料９４から構成されている代替実施形態を示している。好ましくは、酸素透過性材料９４はまた、液体非透過性である。前述のように、好ましくはホイル／テープやスライドカバーなどにより設けられた空気不浸透性のシールを除去するとによって、酸素が容器内に入り、燃料容器内において燃料の触媒反応が起こることを可能とする。
【００３７】
本発明の使用に適する燃料透過性材料及び酸素透過性材料は、好ましくは、膜である。本発明に適する膜としては、限定はしないが、ポリウレタン、シリコン、ポリエステルなどが挙げられる。一実施形態では、当該材料は、燃料カートリッジの内面上に触媒がコーティングされており、また、酸素に対して透過性であり、液体に対して非透過性である。空気に曝されると、この材料は、燃料容器内の触媒にて燃料の酸化を可能とすると共に、好ましくは液体燃料の流出を防止する。他の実施形態では、当該材料は、燃料カートリッジの外面上に触媒がコーティングされており、選択された燃料に対し透過性である。空気に曝されると、この材料は、当該材料への燃料の浸透並びに触媒への到達を可能することにより、当該材料の外面上の触媒において燃料を酸化させることができる。材料の選択は、接着剤結合性、ヒートステーキング（ｈｅａｔ  ｓｔａｋｉｎｇ）性などのようなタンクへの取り付け法並びに上述のような当該材料の所望の特性に関連する。
【００３８】
典型的に、メタノールがタンクから除去される速度は、当該材料の寸法及び透過性の関数である。従って、容器壁の開口を覆う材料は、燃料蒸気のゆっくとした放出、即ち、燃料蒸気の空気濃度が有毒レベル未満に維持されるところの十分に低い速度の蒸気放出、のみが可能であるように、触媒を使用することなく用いることができる。
【００３９】
他の好ましい実施形態では、本発明は、燃料極廃液や燃料容器内の残留液体が燃料電池システム内の別個のチャンバに供給されるＤＭＦＣシステムにおける使用に適する。この燃料電池システムの構成においては、廃液チャンバ壁の特定領域に、触媒コートされた燃料透過性材料が取り付けられる。タンクが移動すると、廃液はバチャバチャと動き、燃料透過性材料に接触するようになり、タンク外側へと浸透して酸素と反応する。タンクが静止している際は、廃液は蒸発し、蒸気状態にて燃料透過性材料中を浸透し、ゆくゆくは、全てのメタノールや水が、メタノールは酸化分解されつつ、除去される。
【００４０】
図２に示すように、燃料源２１は、燃料電池２３に燃料を供給する。燃料電池システム２７内の廃液タンク２５には、燃料電池２３から、燃料や希釈燃料の含まれる廃液が供給される。廃液タンク２５の少なくとも一部には、図３に示すように、触媒３６のコーティングされた燃料透過性材料３４が設けられている。燃料透過性材料３４は、廃液が酸化分解され且つ廃液内の水が蒸発するように、廃液を触媒位置で外側空気と接触させるための経路をもたらす。
【００４１】
以上の説明は、本発明の特定の実施形態に関するものであり、具体的用途に最も適する実施形態は、その用途に適合するよう選択することができる。しかしながら、記載した実施形態に対し、それらの利点の幾つか又は全てを達成する他の変更形態や改良形態を成し得ることは明らかであろう。従って、添付の特許請求の目的は、本発明の真の趣旨や範囲に属するそのような変更形態並びに改良形態の全てを網羅することである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】触媒材料により覆われた開口を有する、本発明の燃料容器の一実施形態の概略側面図
【図２】廃液タンクを有する、本発明の燃料電池システムの一実施形態のブロック図
【図３】図２記載の廃液タンクの概略断面図
【図４】オーバーレイがタブを有する、本発明の燃料容器の一実施形態の概略側面図
【図５】タブに咬み合うつめを有する、本発明の燃料電池システムの一実施形態の概略側面図
【図６】スライドカバーを有する、本発明の燃料容器の一実施形態の概略断面図
【図７】閉位置にあるスライドカバーを有する、本発明の燃料容器の一実施形態の概略側面図
【図８】開位置にあるスライドカバーを有する、本発明の燃料容器の一実施形態の概略側面図
【図９】容器内側に触媒領域を有する、本発明の燃料容器の一実施形態の概略側面図
【図１】
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【図２】
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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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【国際調査報告】
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