BRPI0611036A2 - células a combustìvel - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um cartucho que inclui um primeiro invólucro (402), um segundo invólucro (404) dentro do primeiro invólucro e um colorante (408). O primeiro invólucro tem uma superfície interna e uma superfície externa e o segundo invólucro contém um álcool combustível ou um hidrocarboneto combustível, e tem uma superfície interna e uma superfície externa, O colorante é sustentado por pelo menos uma parte da superfície interna do primeiro invólucro. A invenção refere-se também a um cartucho que compreende um invólucro, uma mistura que compreende um primeiro colorante e um álcool combustível ou um hidrocarboneto combustível dentro do invólucro do cartucho, e uma membrana impermeável a líquidos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULAS ACOMBUSTÍVEL".

A invenção refere-se a células a combustível e a métodos afins.

Fundamentos da Invenção

Uma célula a combustível é um dispositivo capaz de oferecerenergia elétrica a partir de uma reação eletroquímica, tipicamente, entre doisou mais reagentes. Geralmente, uma célula a combustível inclui doiseletrodos, denominados ânodo e cátodo, e um eletrólito sólido disposto entreos ditos eletrodos. O ânodo contém um catalisador de ânodo, e o cátodocontém um catalisador de cátodo. O eletrólito, como um eletrólito demembrana, é tipicamente ionicamente condutor, porém eletronicamente não-condutor. Os eletrodos e o eletrólito sólido podem estar dispostos entre duascamadas de difusão de gás (CDG).

Durante o funcionamento da célula a combustível, os reagentessão introduzidos nos eletrodos adequados. No ânodo, o(s) reagente(s)(reagentes do ânodo) interage(m) com o catalisador de ânodo e formamintermediários de reação, como íons e elétrons. Os intermediários da reaçãoiônica podem fluir do ânodo, através do eletrólito e para o cátodo. Oselétrons, no entanto, fluem do ânodo para o cátodo através de uma cargaexterna que conecta eletricamente o ânodo e o cátodo. Conforme oselétrons fluem através da carga externa, é produzida energia elétrica. Nocátodo, o catalisador de cátodo interage com o(s) outro(s) reagente(s)(reagente(s) do cátodo), os intermediários formados no ânodo e os elétrons,para completar a reação da célula a combustível.

Por exemplo, em um tipo de célula a combustível, às vezesdenominada célula a combustível direta de metanol (DMFC), os reagentesdo ânodo incluem metanol e água, e o reagente do cátodo inclui oxigênio(por exemplo, do ar). No ânodo, o metanol é oxidado e no cátodo, o oxigênioé reduzido:

CH3OH + H2O CO2 + 6H+ + 6e" (1)

3/202 + 6H+ + 6e" -> 3H20 (2)<formula>formula see original document page 3</formula>

Conforme mostrado na Equação (1), a oxidação do metanolproduz dióxido de carbono, prótons e elétrons. Os prótons podem fluir doânodo, através do eletrólito e para o cátodo. Os elétrons fluem do ânodopara o cátodo através de uma carga externa, resultando assim em energiaelétrica. No cátodo, os prótons e elétrons reagem com oxigênio para formarágua (Equação 2). A Equação 3 mostra a reação geral da célula acombustível.

Sumário

A invenção refere-se a células a combustível e a métodos afins.

Em um aspecto, a invenção refere-se a um cartucho que incluium primeiro invólucro, um segundo invólucro dentro do primeiro invólucro, eum primeiro colorante. O primeiro invólucro tem uma superfície interna euma superfície externa e o primeiro colorante é sustentado por pelo menosuma parte da superfície interna do primeiro invólucro. O segundo invólucrocontém um álcool combustível (por exemplo, metanol) ou um hidrocarbonetocombustível e tem uma superfície interna e uma superfície externa.

Em outro aspecto, a invenção refere-se a um cartucho que incluium primeiro invólucro, um segundo invólucro dentro do primeiro invólucro, eum colorante. O primeiro invólucro tem uma superfície interna e umasuperfície externa. O segundo invólucro contém um álcool combustível (porexemplo, metanol) ou um hidrocarboneto combustível, e tem uma superfícieinterna e uma superfície externa. O colorante é sustentado por pelo menosuma parte da superfície externa do segundo invólucro.

Em um aspecto adicional, a invenção refere-se a um cartuchoque inclui um envoltório de cartucho, uma mistura dentro do invólucro decartucho, e uma membrana impermeável a líquidos. A mistura dentro doinvólucro de cartucho inclui um primeiro colorante e um álcool combustível(por exemplo, metanol) ou um hidrocarboneto combustível.

Em um outro aspecto, a invenção refere-se a um método queinclui escoar um álcool combustível (por exemplo, metanol) ou umhidrocarboneto combustível a partir de um cartucho até uma célula acombustível através de uma membrana. O cartucho contém uma mistura deum primeiro colorante e o álcool combustível ou o hidrocarbonetocombustível. Substancialmente a totalidade (por exemplo, pelo menosaproximadamente 95 por cento, pelo menos aproximadamente 97 por cento,pelo menos aproximadamente 99 por cento, pelo menos aproximadamente99,5 por cento) do primeiro colorante permanece no cartucho, enquanto queo álcool combustível ou o hidrocarboneto combustível escoa através damembrana.

Em outro aspecto, a invenção refere-se a um método que incluiescoar um álcool combustível (por exemplo, metanol) ou um hidrocarbonetocombustível a partir de um cartucho até uma célula a combustível através deuma membrana. O cartucho contém uma mistura de um primeiro colorante eo álcool combustível ou o hidrocarboneto combustível, e o método incluiainda aumentar a concentração do primeiro colorante na mistura dentro docartucho.

Em um aspecto adicional, a invenção refere-se a um método queinclui escoar um álcool combustível (por exemplo, metanol) ou umhidrocarboneto combustível a partir de um cartucho até uma célula acombustível através de uma membrana. O cartucho contém uma mistura deum primeiro colorante e o álcool combustível ou o hidrocarbonetocombustível. O método inclui ainda detectar uma mudança (por exemplo, umaumento) na concentração do primeiro colorante na membrana.

Em outro aspecto, a invenção refere-se a um a método queinclui escoar um álcool combustível (por exemplo, metanol) ou umhidrocarboneto combustível a partir de um cartucho até uma célula acombustível através de uma membrana. O cartucho contém uma mistura deum primeiro colorante e o álcool combustível ou o hidrocarbonetocombustível, e o método inclui ainda medir a concentração do primeirocolorante na mistura dentro do cartucho.

Em outro aspecto, a invenção refere-se a uma pilha de células acombustível que inclui um colorante.As modalidades podem incluir um ou mais dos recursosapresentados a seguir.

O cartucho e/ou a mistura podem incluir ainda um segundocolorante. O segundo colorante pode ser igual ao primeiro colorante ou podeser diferente do primeiro colorante.

O colorante (por exemplo, o primeiro colorante, o segundocolorante) pode ser sustentado por pelo menos uma parte da superfícieinterna do primeiro invólucro e/ou por pelo menos uma parte da superfícieexterna do segundo invólucro. Em certas modalidades, o colorante podeficar em contato com a superfície interna do primeiro invólucro e/ou com asuperfície externa do segundo invólucro. Em algumas modalidades, ocolorante pode estar na forma de pó. Como um exemplo, o colorante podeser um corante iônico em pó. Em certas modalidades, o colorante pode estarna forma líquida. Como um exemplo, o colorante pode ser um colorantelíquido baseado em um polímero ou uma tinta de impressão baseada emágua. Em certas modalidades, a cor do colorante e/ou a intensidade da corda mistura pode mudar (por exemplo, significativamente o suficiente para servisível por um observador) quando a porcentagem em peso do álcoolcombustível ou do hidrocarboneto combustível na mistura diminui em pelomenos aproximadamente 50 por cento em peso (por exemplo, pelo menosaproximadamente 60 por cento em peso, pelo menos aproximadamente 70por cento em peso, pelo menos aproximadamente 80 por cento em peso,pelo menos aproximadamente 90 por cento em peso).

Em certas modalidades, o colorante na pilha de células acombustível pode estar na forma de uma camada sobre uma superfície (porexemplo, uma superfície interna) da pilha de células a combustível. Emcertas modalidades, a pilha de células a combustível pode incluir umcompartimento (por exemplo, um compartimento anódico) e/ou um cátodopressurizado, e o colorante pode ficar localizado no compartimento e/ou nocátodo pressurizado (por exemplo, na forma de uma camada sobre umasuperfície interna do compartimento e/ou sobre uma superfície interna docátodo pressurizado).Em algumas modalidades, a mistura pode incluir no máximoaproximadamente 1 % em peso (por exemplo, no máximo aproximadamente0,5% em peso), e/ou pelo menos aproximadamente 0,1% em peso (porexemplo, pelo menos aproximadamente 0,5% em peso) do colorante (porexemplo, o primeiro colorante, o segundo colorante).

A membrana pode ser permeável a vapores e/ou impermeável alíquidos. Em certas modalidades, a membrana pode ser impermeável a umcolorante (por exemplo, o primeiro colorante, o segundo colorante). Amembrana pode ser uma membrana com pervaporação. A membrana podeincluir silicone. Em algumas modalidades, a membrana pode incluirpoli(dimetil)-silicone e/ou poli(trimetil)-silil-propino. A membrana pode incluirum polímero de fluorcarboneto, polietileno, polipropileno, um policarbonato,uma poliimida, um polissulfono, um polissulfeto, uma poliuretana, umpoliéster, celulose (por exemplo, papel), ou uma combinação deles.

O método pode incluir ainda medir a concentração do colorante(por exemplo, do primeiro colorante) na membrana e/ou na mistura dentro docartucho. Em algumas modalidades, medir a concentração do colorante namistura dentro do cartucho pode incluir detectar de forma espectroscópica aconcentração do colorante na dentro do cartucho.

As modalidades podem incluir uma ou mais das vantagensapresentadas a seguir.

O cartucho pode ser relativamente seguro para estocar,manusear e/ou usar. Em algumas modalidades, o cartucho pode emitir umsinal claro (por exemplo, um sinal visual) de um vazamento de combustíveldo cartucho. Depois de notar este sinal, um usuário do cartucho poderesponder adequadamente (por exemplo, tomando medidas apropriadas desegurança).

Em algumas modalidades, o cartucho pode ser usado paraabastecer uma célula a combustível em um dispositivo portátil, tal como umtelefone celular. O dispositivo portátil pode ser capaz de funcionar por umperíodo de tempo relativamente longo antes de precisar substituir ocartucho.Em algumas modalidades, o colorante pode ser solúvel em umcombustível contido no cartucho. Em algumas dessas modalidades, ocombustível consegue solubilizar rapidamente o colorante no caso de umvazamento de combustível, e desta forma notificar prontamente a umusuário sobre o vazamento de combustível. Em certas modalidades, ocolorante pode ser relativamente estável (por exemplo, o colorante pode sernão-volátil). Um colorante relativamente estável pode ser capaz de enviarum sinal de um vazamento de combustível por um período de temporelativamente longo (por exemplo, um mês, dois meses, três meses).

Em certas modalidades, o cartucho pode fornecer um sinal (porexemplo, um sinal visual) que pode permitir que um usuário determine deforma relativamente fácil quanto combustível permanece no cartucho. Comoresultado, o usuário consegue planejar a troca oportuna do cartucho. Emalgumas modalidades, o sinal pode ser fornecido independentemente daorientação do cartucho.

O colorante pode ser relativamente atóxico e/ou improvável decausar manchas (por exemplo, em roupas). Em certas modalidades, ocolorante pode ser removido da roupa simplesmente lavando a roupa. Emalgumas modalidades, o colorante pode ser relativamente econômico e/oufacilmente disponível.

Outros aspectos, características e vantagens da invenção estãonos desenhos, na descrição e nas reivindicações.

Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade de25 um sistema de células a combustível.

A figura 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade deum sistema de células a combustível.

As figuras 3A-3C ilustram a operação de uma modalidade de umsistema de células a combustível.

As figuras 4A e 4B são vistas em perspectiva de umamodalidade de um telefone celular, a figura 4C é uma ilustração de umamodalidade de um gráfico da quantidade de combustível.A figura 5A é um diagrama esquemático de uma modalidade deum aparelho para medir a concentração de colorante.

A figura 5B é um diagrama esquemático de uma modalidade deum aparelho para medir a concentração de colorante.

A figura 5C é um diagrama esquemático de uma modalidade deum aparelho para medir a concentração de colorante.

A figura 6 é uma vista lateral de seção transversal de umamodalidade de uma fonte de combustível.

A figura 7 é uma vista lateral de seção transversal de umamodalidade de uma fonte de combustível.

A figura 8 é uma vista lateral de seção transversal de umamodalidade de uma fonte de combustível.

A figura 9 é uma vista lateral de seção transversal de umamodalidade de uma fonte de combustível.

A figura 10 é uma vista lateral de seção transversal de umamodalidade de uma fonte de combustível.

A figura 11 é um diagrama esquemático de uma modalidade deum sistema de células a combustível.

A figura 12 é um diagrama esquemático de uma modalidade deum sistema de células a combustível.

Descrição Detalhada

Com referência à figura 1, é mostrado um sistema de células acombustível 20, como um sistema de células a combustível diretas demetanol (DMFC). O sistema de células a combustível 20 inclui uma pilha 22de células a combustível, uma fonte de combustível 24 (por exemplo, umcartucho) em comunicação fluida com a pilha de células a combustível porintermédio de uma entrada de combustível 26, uma saída de combustível 28,uma entrada 30 do reagente do cátodo (por exemplo, ar) em comunicaçãofluida com a pilha de células a combustível, e uma saída 31 do reagente docátodo. Por uma questão de clareza, a pilha de células a combustível 22 émostrada tendo uma célula a combustível 32 (descrita a seguir), mas emoutras modalidades a pilha de células a combustível inclui uma pluralidadede células a combustível, (por exemplo, dispostas em série ou em paralelo).Em suma, a célula a combustível 32 inclui um ânodo 34 em comunicaçãofluida com a fonte de combustível 24, um cátodo 36, e um eletrólito 38 entreo ânodo e o cátodo. A célula a combustível 32 inclui, ainda, duas camadasde difusão de gás (CDGs) 40 e 42, uma disposta sobre cada lado doconjunto de eletrólito 38, ânodo 34 e cátodo 36.

Uma fonte de combustível, tal como a fonte de combustível 24,pode fornecer um combustível na fase de vapor ou um combustível líquidopara uma célula a combustível ou uma pilha de células a combustível. Emalgumas modalidades, uma fonte de combustível pode incluir umacomposição rígida de combustível que é capaz de distribuir um combustívelna fase vapor (por exemplo, vapor de metanol) para uma célula acombustível ou uma pilha de células a combustível. A composição decombustível pode ser preparada a partir de uma composição precursoralíquida que inclui metanol (um combustível), um material polimerizável (porexemplo, um polímero inorgânico, um polímero orgânico ou um seu híbrido),e um ou mais catalisadores (por exemplo, a solução diluída de um ácido, talcomo H2SO4 0,10 N, uma solução diluída de uma base tal como KOH 0,10N1 HCI, HNO3, um ácido orgânico, uma amina orgânica). A composiçãoprecursora líquida pode ser solidificada, por exemplo, curando termicamentea composição para formar uma matriz polimérica rígida, na qual o metanolfica retido nos interstícios definidos pela matriz polimérica. Em certasmodalidades, uma fonte de combustível pode incluir uma composição decombustível rígida que inclui um combustível (por exemplo, metanol)solidificado em uma matriz de sílica reticulada.

Em algumas modalidades, uma fonte de combustível pode incluirum combustível que está em uma forma não-gasosa (por exemplo, umlíquido ou um gel) e que tem uma pressão de vapor suficiente para fornecerum combustível na fase vapor para uma célula a combustível ou para umapilha de células a combustível. Um gel de combustível é um material viscoso(por exemplo, entre aproximadamente 0,05 centipoises e aproximadamente200.000 centipoises, capaz de emitir uma concentração pura e alta demoléculas de combustível na fase vapor. A viscosidade pode ser, forexemplo, pelo menos aproximadamente 10.000 centipoises (por exemplo,pelo menos aproximadamente 25.000 centipoises, pelo menosaproximadamente 50.000 centipoises, pelo menos aproximadamente100.000 centipoises, pelo menos aproximadamente 150.000 centipoises,e/ou no máximo aproximadamente 200.000 centipoises (por exemplo, nomáximo aproximadamente 150.000 centipoises, no máximoaproximadamente 100.000 centipoises, no máximo aproximadamente 50.000centipoises, no máximo aproximadamente 25.000 centipoises. Um exemplode uma composição de gel combustível inclui um combustível (por exemplo,metanol), um diluente (por exemplo, água desmineralizada), um espessante(por exemplo, o espessante hidróxi-propil-celulose, Carbopol EZ-3 (umpoliacrilato ácido reticulado em pó modificado de forma hidrofóbica)), e umagente neutralizante (por exemplo, triisopropanol-amina). Outros géiscombustíveis estão descritos na literatura da Noveon que descrevemexemplos do uso de modificadores de reologia Carbopol (fabricados pela BFGoodrich), e são exemplificados por combustíveis de cozinha (por exemplo,disponíveis na Sterno, e os exemplos de formulações listados pela Noveon).

Um combustível líquido pode incluir metanol puro, ou uma solução incluindometanol e água e/ou agente geleificante como componentes não-combustíveis. Em algumas modalidades, um combustível pode incluir aindaaditivos, tais como etanol, etilenoglicol, e/ou ácido fórmico, e componentesde combustíveis.

Em certas modalidades, uma fonte de combustível pode incluirum combustível líquido que é convertida em combustível na fase vapor aoser passado através de uma membrana com pervaporação ou filme dedistribuição de membrana. Por exemplo, a figura 2 ilustra um sistema decélulas a combustível 100 que inclui uma fonte de combustível 102 quecontém um combustível líquido 108 e incluindo uma membrana compervaporação 110. O sistema de células a combustível 100 inclui tambémuma pilha de células a combustível 104. A fonte de combustível 102 está emcomunicação fluida com a pilha de células a combustível 104 por intermédiode uma entrada 106.de combustível. À medida que o combustível 108 sai dafonte de combustível 102, o combustível 108 passa através da membrana depervaporação 110, que transforma o combustível 108 líquido em umcombustível na fase de vapor. O vapor de combustível resultante, então,atravessa a entrada 106 de combustível até a pilha de células a combustível 104.

A membrana de pervaporação 110 pode incluir, por exemplo, umou mais polímeros. Em certas modalidades, a membrana de pervaporação110 pode ser fabricada a partir de um filme não-poroso de silicone. Emalgumas modalidades, a membrana de pervaporação 110 pode ser feita deum ou mais polímeros densos que permitem que o metanol pervapore, talcomo poli(trimetil)-silil-propino (PTMSP), poli(dimetil)-silicone (PDMS), e/ouum poliuretano. Em certas modalidades, a membrana de pervaporação 110pode incluir ainda um suporte (por exemplo, um suporte poroso). O suportepode, por exemplo, proporcionar rigidez à membrana de pervaporação 110.Em algumas modalidades, o suporte pode incluir um ou mais polímeros. Osexemplos de polímeros que podem ser incluídos no suporte incluempoliolefinas, poliuretanas, e poliacrilonitrila.

A membrana de pervaporação 110 pode ter uma espessura depelo menos aproximadamente 1 mícron (por exemplo, pelo menosaproximadamente 5 mícrons, pelo menos aproximadamente 10 mícrons,pelo menos aproximadamente 25 mícrons, pelo menos aproximadamente50 mícrons, pelo menos aproximadamente 75 mícrons, pelo menosaproximadamente 100 mícrons, pelo menos aproximadamente 125 mícrons,pelo menos aproximadamente 150 mícrons, pelo menos aproximadamente175 mícrons), e/ou no máximo aproximadamente 200 mícrons (por exemplo,no máximo aproximadamente 175 mícrons, no máximo aproximadamente150 mícrons, no máximo aproximadamente 125 mícrons, no máximoaproximadamente 100 mícrons, no máximo aproximadamente 75 mícrons,no máximo aproximadamente 50 mícrons, no máximo aproximadamente25 mícrons, no máximo aproximadamente 10 mícrons, no máximoaproximadamente 5 mícrons). Por exemplo, a membrana de pervaporação110 pode ter uma espessura de aproximadamente 127 mícrons (5 χ 10"3 in).As membranas de pervaporação estão descritas, por exemplo, napublicação do pedido de patente n2 US 2004/0209136 A1, publicado em 21de outubro de 2004, que é aqui incorporada como referência em suatotalidade.

Como assinalado acima, em certas modalidades, uma fonte decombustível pode fornecer um combustível líquido para uma célula acombustível ou para uma pilha de células a combustível. O combustívellíquido pode partir da fonte de combustível atravessando uma entrada decombustível, entrar na célula a combustível ou na pilha de células acombustível, e eventualmente, entrar em contato diretamente com um ânododa célula a combustível. Em algumas modalidades, o combustível líquidopode atravessar um ou mais filtros antes de entrar em contato com o ânodo.

O filtro pode ser, por exemplo, um filtro celulósico e/ou uma peneiramolecular. Em certas modalidades, o filtro pode incluir carvão ativado.

Uma fonte de combustível, tal como a fonte de combustível 24(figura 1) pode conter um ou mais combustíveis. Os exemplos decombustíveis incluem álcoois (por exemplo, metanol, etanol, isopropanol),etilenoglicol, ácido fórmico, e outros hidrocarbonetos oxidáveis. Em certasmodalidades, uma fonte de combustível pode incluir metanol puro (99,5%).

Como assinalado acima, em algumas modalidades, uma fonte decombustível pode incluir um combustível misturado com água. Por exemplo,uma fonte de combustível pode incluir metanol e água. O metanol pode ser,por exemplo, entre aproximadamente 85% em peso e aproximadamente95% em peso (por exemplo, aproximadamente 90% em peso) da mistura.

Em algumas modalidades, uma fonte de combustível pode incluir mais doque um tipo de combustível. Por exemplo, uma fonte de combustível podeincluir uma mistura de metanol e etanol. As fontes de combustíveis e oscombustíveis estão descritos, por exemplo, no documento n2 US 10/933.735,depositado em 03 de setembro de 2004, e intitulado "Fuel Compositions" eno documento n2 US 10/957.935, depositado em 04 de outubro de 2004, eintitulado "Fuel Sources, Fuel Cells and Methods of Operating Fuel Cells",sendo ambos aqui incorporados como referência.

Como ilustrado nas figuras 3A-3C, em algumas modalidades, umsistema de células a combustível pode fornecer um sinal visual (porexemplo, para um usuário) da quantidade de combustível remanescente nasua fonte de combustível. As figuras 3A-3C ilustram um sistema de células acombustível 200 que inclui uma fonte de combustível 202 que contém umamistura 204 de um combustível 206 e um colorante 208. A fonte decombustível 202 inclui ainda uma membrana de pervaporação 214. Osistema de células a combustível 200 inclui também uma pilha de células acombustível 210 e uma entrada de combustível 212 que conecta a fonte decombustível 202 à pilha de células a combustível 210. A mistura 204 cruza amembrana de pervaporação 214, a membrana de pervaporação converte ocombustível líquido 206 em um vapor. O combustível 206, então, entra naentrada de combustível 212 na fase de vapor e percorre na direção da pilhade células a combustível 210.

Embora a membrana de pervaporação 214 seja permeável aocombustível 206, a membrana de pervaporação 214 é impermeável aocolorante 208. Como resultado, o colorante 208 permanece na fonte decombustível 202. Assim sendo, como o combustível 206 é consumidodurante o uso da pilha de células a combustível 210, a concentração docolorante 208 na mistura 204 na fonte de combustível 202 aumenta. Porexemplo, a figura 3A ilustra a fonte de combustível 202 quando ela contémuma quantidade relativamente alta de combustível 206 (por exemplo, noinício da operação da pilha de células a combustível 210). Assim sendo, aconcentração do colorante 208 na mistura 204 é relativamente baixa.

Entretanto, à medida que o combustível 206 é consumido durante aoperação do sistema de células a combustível 200, a concentração docolorante 208 na mistura 204 aumenta. Por exemplo, a figura 3B ilustra osistema de células a combustível 200 quando a fonte de combustível 202inclui uma quantidade intermediária do combustível 206, e a figura 3C ilustrao sistema de células a combustível 200 quando a fonte de combustível 202inclui uma quantidade baixa do combustível 206. Este aumento naconcentração do colorante 208 na mistura 204 pode fazer com que a cor damistura 204 mude de intensidade (de um matiz mais claro para um matizmais escuro). Por exemplo, em algumas modalidades, a mistura 204 podemudar de amarelo-pálido para amarelo-escuro. Esta mudança naintensidade da cor da mistura 204 pode produzir um sinal visual daquantidade de combustível remanescente na fonte de combustível 202.

Em algumas modalidades, a concentração de colorante namistura 204 pode aumentar em pelo menos aproximadamente duas vezes(por exemplo, pelo menos aproximadamente cinco vezes, pelo menosaproximadamente 10 vezes, pelo menos aproximadamente 50 vezes, pelomenos aproximadamente 100 vezes, pelo menos aproximadamente 500vezes, pelo menos aproximadamente 1.000 vezes, pelo menosaproximadamente 5.000 vezes, pelo menos aproximadamente 10.000 vezes,pelo menos aproximadamente 50.000 vezes), e/ou no máximoaproximadamente 100.000 vezes (por exemplo, no máximoaproximadamente 50.000 vezes, no máximo aproximadamente 10.000vezes, no máximo aproximadamente 5.000 vezes, no máximoaproximadamente 1.000 vezes, no máximo aproximadamente 500 vezes, nomáximo aproximadamente 100 vezes, no máximo aproximadamente 50vezes, no máximo aproximadamente 10 vezes, no máximo aproximadamente5 vezes), durante o uso da pilha de células a combustível 210.

Em certas modalidades (por exemplo, antes do uso da pilha decélulas a combustível 210), a mistura 204 pode incluir no máximoaproximadamente 1% em peso (por exemplo, no máximo aproximadamente0,5% em peso), e/ou pelo menos aproximadamente 0,1% em peso (porexemplo, pelo menos aproximadamente 0,5% em peso), do colorante 208.Em algumas modalidades (por exemplo, quando o colorante 208 é umcolorante em pó), a mistura 204 pode incluir no máximo aproximadamente100 ppm (por exemplo, aproximadamente 67 ppm) do colorante 208. Emcertas modalidades, tal como durante ou depois do uso da pilha de células acombustível 210, a mistura 204 pode incluir no máximo aproximadamente100% em peso (por exemplo, no máximo aproximadamente 50% em peso,no máximo aproximadamente 25% em peso, no máximo aproximadamente10% em peso, no máximo aproximadamente 5% em peso, no máximoaproximadamente 1% em peso, no máximo aproximadamente 0,5% empeso), e/ou pelo menos aproximadamente 0,02% em peso (por exemplo,pelo menos aproximadamente 0,5% em peso, pelo menos aproximadamente1% em peso, pelo menos aproximadamente 5% em peso, pelo menosaproximadamente 10% em peso, pelo menos aproximadamente 25% empeso, pelo menos aproximadamente 50% em peso), do colorante 208.

Em algumas modalidades, um usuário consegue de maneirarelativamente fácil visualizar uma mudança na intensidade da cor da mistura204 à medida que o combustível 206 está sendo consumido. Por exemplo, afigura 4A ilustra um telefone celular 700 que inclui um invólucro 702. Oinvólucro 702 inclui um visor 704 que exibe o conteúdo de uma fonte decombustível (não ilustrada) dentro do envoltório. A fonte de combustívelcontém uma mistura 708 de combustível, que inclui um colorante 706 e umcombustível 707. A figura 4A ilustra o telefone celular 700 quando a fonte decombustível contém uma quantidade relativamente alta de combustível.Assim sendo, a concentração de colorante 706 na mistura 708 decombustível é relativamente baixa. Entretanto, a figura 4B ilustra o telefonecelular 700 quando a quantidade de combustível na fonte de combustível érelativamente baixa, e a concentração de colorante 706 na mistura 708 decombustível é, portanto, relativamente alta. Esta mudança na concentraçãopode proporcionar para um usuário um sinal visual da quantidade decombustível remanescente na fonte de combustível.

Em algumas modalidades, uma tabela de matizes de cores podeser fornecida junto com um dispositivo eletrônico (por exemplo, umdispositivo eletrônico portátil), tal como um telefone celular 700, de tal modoque um usuário possa determinar de forma relativamente fácil a quantidadede combustível remanescente na fonte de combustível do dispositivo. Porexemplo, a figura 4C ilustra uma tabela 750 que exibe cinco matizesdiferentes, 752, 754, 756, 758, e 760, de uma cor da mistura de combustível.O matiz 752 indica 100% de combustível remanescentes na fonte decombustível, o matiz 754 indica 80% remanescentes, o matiz 756 indica 60%remanescentes, o matiz 758 indica 40% remanescentes, e o matiz 760indica 20% remanescentes.

Em certas modalidades, pode-se usar espectroscopia paraindicar a quantidade de combustível remanescente em uma fonte decombustível. Com um exemplo, a figura 5A ilustra um sistema de célula acombustível 901 que inclui uma fonte de combustível 900 conectada a umacélula a combustível 902 por uma entrada de combustível 904. A célula acombustível 902 inclui um espectrofotômetro na região visível 906 e umafibra óptica 908 que se estende a partir do espectrofotômetro 906. A fonte decombustível 900 inclui uma fibra óptica 910. Durante a operação, oespectrofotômetro 906 envia um sinal de excitação de entrada que percorreao longo da fibra óptica 908, atravessa um afastamento 912 entre a fonte decombustível 900 e a célula a combustível 902, e ao longo da fibra óptica 910.

O espectrofotômetro 906, então, recebe um sinal de medição refletido, quepode ser usado para determinar a quantidade de combustível na fonte decombustível 900.

Embora um sistema de célula a combustível com uma fonte decombustível e uma célula a combustível, tendo fibras ópticas separadas,tenha sido ilustrado, em algumas modalidades, um sistema de célula acombustível pode incluir uma fonte de combustível e uma célula acombustível que são conectadas por uma fibra óptica. Por exemplo, a figura5B ilustra um sistema de célula a combustível 920 que inclui uma fonte decombustível 922 conectada a uma célula a combustível 924 por uma entradade combustível 926. A célula a combustível 924 inclui um espectrofotômetro928 a partir do qual se estende uma fibra óptica 930. A fibra óptica 930 seestende através da célula a combustível 924, atravessa um afastamento 932entre a célula a combustível 924 e a fonte de combustível 922, e vai paradentro da fonte de combustível 922.

Como ilustrado nas figuras 5A e 5B, em certas modalidades,uma célula a combustível pode incluir um espectrofotômetro. Em algumasmodalidades, uma fonte de combustível pode ser usada para abastecer umacélula a combustível e depois pode ser substituída por outra fonte decombustível (por exemplo, quando a primeira fonte de combustível está comcombustível esgotado). Em algumas dessas modalidades, incluir oespectrofotômetro na célula a combustível pode permitir que o mesmoespectrofotômetro seja usado para medir a quantidade de combustívelremanescente em múltiplas fontes de combustível diferentes que são usadaspara abastecer a célula a combustível.

Embora tenham sido ilustradas células a combustível queincluem espectrofotômetros, em certas modalidades, uma fonte decombustível pode incluir um espectrofotômetro. Por exemplo, a figura 5Cilustra um sistema de célula a combustível 950 que inclui uma fonte decombustível 952 conectada a uma célula a combustível 954 ou uma entradade combustível 956. A fonte de combustível 952 inclui um espectrofotômetro958, a partir do que se estende uma fibra óptica 960. O espectrofotômetro958 e a fibra óptica 960 podem ser usados para medir a quantidade decombustível remanescente na fonte de combustível 952.

Em algumas modalidades, uma fonte de combustível e tambémuma célula a combustível em um sistema de célula a combustível podemincluir espectrofotômetros.

Uma mistura de combustível pode incluir inúmeros colorantesdiferentes. Em algumas modalidades, uma mistura de combustível podeincluir múltiplos colorantes (por exemplo, dois, três, quatro, cinco). Em certasmodalidades, o colorante ou os colorantes podem de forma relativamenteimprovável causar manchas (por exemplo, sobre a roupa) no caso de umvazamento, e/ou podem ser atóxicos. O colorante ou os colorantes podemter um pH, por exemplo, entre aproximadamente 5,5 e aproximadamente 8,5(por exemplo, entre aproximadamente 6,0 e aproximadamente 8,5, entreaproximadamente 6,0 e aproximadamente 6,5). O colorante ou os colorantespodem ser iônicos, ou podem ser não-iônicos.

Em algumas modalidades, um colorante pode estar na forma depó. Em certas modalidades, um colorante em pó pode ser não-volátil. Osexemplos de colorantes em pó incluem corantes iônicos em pó, tais como oscorantes iônicos em pó que podem ser usados em anticongelantes e/oudetergentes para lavagem de pára-brisas. Os exemplos de colorantes empós disponíveis comercialmente incluem os seguintes, todos disponíveis naRobert Koch Industries, Inc. (Bennett, CO, EUA): Hi-pH Uranine 6313, Hi-pHPyranine 6314, Hi-pH Light Green 6230, Brilliant Green AF 2339, Hi-pHBrilliant Green 6228, Emerald Green AF 2344, Hi-pH Fluorite Green 6235,Hi-pH Dark Green 6250, Hi-pH Aqua 6271, Blue Lace 2321, Hi-pH Blue6010, Hi-pH True Blue 6020, Brilliant Blue 2649, Hi-pH Yellow 6505, Hi-pHGolden Yellow 6528, Hi-pH Red 6365, Hi-pH Ruby Red 6345, Antifreeze Red2529, e Brilliant Orange 2258.

Em certas modalidades, um colorante pode estar na formalíquida (por exemplo, na forma de um concentrado líquido). Em algumasmodalidades, o colorante pode ser uma tinta de impressão baseada emágua, tal como uma tinta de impressão baseada em água, solúvel em álcalise/ou que contém amônia. Em certas modalidades, um colorante líquido podeser não-volátil e/ou pode ser combinado com um ou mais solventes (porexemplo, propanol, propilenoglicol, dimetil-etanol-amina, água) para formaruma solução de colorante. Em algumas modalidades, um colorante líquidopode incluir um ou mais polímeros. Os exemplos de soluções de colorantesdisponíveis comercialmente, constituídos de um solvente e um líquido,incluem os seguintes: Colorsafe® Stain Resistant Colorants, todosdisponíveis na Robert Koch Industries, Inc. (Bennett, CO, EUA): Azure Blue3021 Liquid, Royal Blue 3027 Liquid, Pink 3306 Liquid, Red 3326 Liquid, RedSt 3320 Liquid, Hot Magenta 3328 Liquid, Kelly Green 3226 Liquid, BrilliantOrange 3425, Teal 3291 Liquid, Yellow 3516 Liquid, Sundrop Yellow 3518Liquid, and Violet 3146 Liquid.

Em algumas modalidades, uma solução de colorante pode serproduzida a partir de um ou mais colorantes em pó e um ou mais solventes.Os exemplos de soluções de colorantes disponíveis comercialmente,produzidos a partir de um solvente e um colorante em pó, incluem osseguintes, todos disponíveis na Robert Koch Industries, Inc. (Bennett, CO,EUA): Brilliant Orange 2257 15% Liquid, Hi-pH Hot Pink 6326 20% Liquid,Hi-pH Uranine 6312 40% Liquid, Hi-pH Blue 6011 25% Liquid1 Brilliant Blue2651 20% Liquid, e Blue Lace 4325 50% Liquid.

Outros exemplos de soluções de colorantes disponíveiscomercialmente incluem as seguintes tintas de impressão baseadas emágua, todas disponíveis na Environmental Inks and Coatings® (Morganton,NC, EUA): Poly Screen ES Process Blue FR (Product PSX10200), PolyScreen ES DNA Orange FR (Product PSX10320), e Aqua Max Fluorescent804 Orange (Código do Produto: AMFS0804).

Em certas modalidades, um colorante ou solução de colorantepode ser solúvel em um ou mais combustíveis (por exemplo, metanol), emágua, e/ou em solução alcalina (por exemplo, água saponácea). Osexemplos de soluções de colorantes que são solúveis em metanol incluemtodas as soluções de colorantes descritas acima, que estão disponíveiscomercialmente na Robert Koch Industries, Inc., e na Environmental Inksand Coatings®. Os exemplos de soluções de colorantes que são solúveisem água incluem os seguintes, todos disponíveis na Robert Koch Industries,Inc. (Bennett, CO, EUA): Azure Blue 3021 Liquid, Royal Blue 3027 Liquid,Pink 3306 Liquid, Red 3326 Liquid, Red St 3320 Liquid, Hot Magenta 3328Liquid, Kelly Green 3226 Liquid, Brilliant Orange 3425, Teal 3291 Liquid,Yellow 3516 Liquid, Sundrop Yellow 3518 Liquid, e Violet 3146 Liquid. Emalgumas modalidades, um colorante ou uma solução de colorante pode sersubstancialmente insolúvel em água.

Embora o uso de um colorante para sinalizar a quantidade decombustível remanescente em uma fonte de combustível tenha sidodescrito, em algumas modalidades, um colorante pode ser usado paraoutros propósitos. Como um exemplo, em certas modalidades, um ou maiscolorantes podem ser usados para indicar quando um combustível estávazando de uma fonte de combustível. Por exemplo, a figura 6 ilustra umafonte de combustível 300 que inclui um invólucro externo 302 e um invólucrointerno 304 dentro do invólucro externo. Outro invólucro 302 e/ou invólucrointerno 304 pode ser reduzido a partir de, por exemplo, um ou mais metaise/ou plásticos. Em certas modalidades, o invólucro interno 304 pode serrelativamente flexível (por exemplo, o invólucro interno 304 pode estar naforma de uma bexiga flexível). O invólucro interno 304 contém umcombustível 306. Uma entrada de combustível 310 se estende através doinvólucro externo 302 e do invólucro interno 304, e está em comunicaçãofluida com o combustível 306. Sobre sua superfície externa 312, o invólucrointerno 304 tem um revestimento 308 que inclui um colorante. Caso ocombustível 306 vaze do invólucro interno 304 e/ou pela saída decombustível 310, e entre em contato com o revestimento 308, então ocombustível se misturará com o colorante no revestimento, de tal modo queo combustível fique colorido, e o vazamento de combustível se torne destaforma visível.

Embora um invólucro interno revestido tenha sido ilustrado, emalgumas modalidades, uma fonte de combustível pode incluiralternativamente ou adicionalmente um revestimento em uma área diferenteda fonte de combustível. Como um exemplo, a figura 7 ilustra uma fonte decombustível 400 que inclui um invólucro externo 402 e um invólucro interno404 dentro do invólucro externo. O invólucro interno 404 contém umcombustível 406. Uma entrada de combustível 410 se estende através doinvólucro externo 402 e também através do invólucro interno 404, e está emcomunicação fluida com o combustível 406. Sobre sua superfície interna412, o invólucro externo 402 tem um revestimento 408 que inclui umcolorante.

Na qualidade de outro exemplo, a figura 8 ilustra uma fonte decombustível 500 com um invólucro interno 502, um invólucro externo 504, euma entrada de combustível 505. Sobre sua superfície externa 506, oinvólucro interno 502 tem um revestimento 508 que inclui um colorante, esobre sua superfície interna 510, o invólucro externo 504 tem umrevestimento 512 que inclui um colorante. Os revestimentos 508 e 512podem incluir o mesmo colorante ou colorantes diferentes.

Como um outro exemplo, a figura 9 ilustra uma fonte decombustível 600 com um invólucro interno 602, um invólucro externo 604, euma saída de combustível 606. Uma parte da superfície externa 608 dasaída de combustível 606 é revestida com um revestimento 610 que incluium colorante.

Em algumas modalidades, um revestimento sobre uma fonte decombustível pode ser relativamente fino (por exemplo, de tal modo que umaquantidade relativamente alta de combustível possa ser incluída na fonte decombustível, e ao mesmo tempo, ainda permitindo a detecção devazamentos). Em certas modalidades, um revestimento pode ter umaespessura de pelo menos aproximadamente 0,5 mícron (por exemplo, pelomenos aproximadamente 1 mícron, pelo menos aproximadamente2 mícrons, pelo menos aproximadamente 5 mícrons, pelo menosaproximadamente 6 mícrons, pelo menos aproximadamente 10 mícrons,pelo menos aproximadamente 15 mícrons, pelo menos aproximadamente20 mícrons), e/ou no máximo aproximadamente 25 mícrons (por exemplo, nomáximo aproximadamente 20 mícrons, no máximo aproximadamente15 mícrons, no máximo aproximadamente 10 mícrons, no máximoaproximadamente 6 mícrons, no máximo aproximadamente 5 mícrons, nomáximo aproximadamente 2 mícrons, no máximo aproximadamentemícron). Por exemplo, um revestimento pode ter uma espessura entreaproximadamente 2 mícrons e aproximadamente 6 mícrons (por exemplo,entre aproximadamente 3 mícrons e aproximadamente 6 mícrons). Emcertas modalidades, um revestimento que inclui um colorante em pó pode teruma espessura de aproximadamente 6 mícrons, e/ou um revestimento queinclui um colorante líquido pode ter uma espessura entre aproximadamentemícrons e aproximadamente 3 mícrons.

Um revestimento sobre uma fonte de combustível pode ocuparuma quantidade relativamente pequena do volume da fonte de combustível.

Em certas modalidades, um revestimento que inclui um colorante podeocupar menos do que aproximadamente 1% em volume (por exemplo,menos do que aproximadamente 0,5% em volume, menos do queaproximadamente 0,3% em volume, menos do que aproximadamente 0,1%em volume) de uma fonte de combustível. Em algumas modalidades, umafonte de combustível (por exemplo, uma fonte de combustível que tem umvolume menor do que aproximadamente 40 cm3) pode incluir no máximoaproximadamente 100 mg (por exemplo, no máximo aproximadamente 75mg, no máximo aproximadamente 50 mg, no máximo aproximadamente 25mg) de um colorante ou colorantes.

Um revestimento que inclui um colorante pode ser produzido deinúmeras maneiras diferentes. Em algumas modalidades, um revestimentopode ser produzido a partir de um pó que inclui um ou mais colorantes. O pópode ser aplicado sobre uma fonte de combustível usando, por exemplo, ummétodo de revestimento por spray eletrostático. Em certas modalidades, opó pode ser aplicado sobre uma fonte de combustível aglutinando o pó emuma matriz polimérica e revestindo a fonte de combustível com o compósitopolimérico resultante. Em algumas modalidades, o pó pode ser aplicadosobre ma fonte de combustível misturando o pó com um agente depegajosidade e/ou um adesivo, e revestindo (por exemplo, aspergíndo) afonte de combustível com a mistura resultante. Os exemplos de agentes depegajosidade incluem breus, resinas hidrocarbônicas e resinas terpênicas.

Os exemplos de breus incluem breus parcialmente hidrogenados. Outrosexemplos de breus incluem breus completamente hidrogenados, tais comoForal 85-E ou Foralyn 90 (ambos disponíveis na Eastman Chemical). Osexemplos de resinas hidrocarbônicas incluem resinas aromáticas (porexemplo, as resinas hidrocarbônicas PLASTOLYN® ou as resinashidrocarbônicas ENDÊX®, ambas disponíveis na Eastman Chemical),misturas de resinas de matérias-primas alifáticas/aromáticas (por exemplo,Picco HM100, disponível na Eastman Chemical), e reinas hidrocarbônicashidrogenadas. Os exemplos de resinas que podem ser usadas, por exemplo,como agentes de pegajosidade sobre uma superfície de poliolefina incluemresinas de pegajosidade relativamente não-reativas, tais como as resinashidrocarbônicas EASTOTAC® e as resinas hidrocarbônicas REGALITE®(ambas disponíveis na Eastman Chemical). Os exemplos de adesivosincluem polímeros adesivos, tais como sistemas de resinas epóxi, adesivosbaseados em etileno/acetato de vinila, e poli(álcool vinílico). Em certasmodalidades, a mistura (incluindo um pó e um agente de pegajosidade e/ouum adesivo) pode ser curada (por exemplo, curada termicamente) à medidaque está sendo aplicada sobre a fonte de combustível e/ou depois que elafoi aplicada sobre a fonte de combustível. Em algumas modalidades, amistura pode ser aspergida com um revestimento polimérico fino depois quea mistura foi aplicada sobre a fonte de combustível. O revestimentopolimérico fino pode, por exemplo, reduzir a pega do revestimento damistura. Em certas modalidades, o pó pode ser aplicado sobre a fonte decombustível aplicando partículas com o pó e depois aplicando as partículassobre a fonte de combustível (por exemplo, usando métodos de aspersão).

Os exemplos de partículas incluem partículas de negro-de-fumo (porexemplo, os produtos MONARCH® ou BLACK PEARLS® da Cabot),partículas de silício (por exemplo, SNOWTEX® da Nissan Chemical), epartículas de óxidos metálicos (por exemplo, ALUMINASOL® da NissanChemical). Em algumas modalidades, um colorante em pó pode representarmenos do que aproximadamente 1% em peso (por exemplo, menos do queaproximadamente 0,5% em peso, menos do que aproximadamente 0,1% empeso, menos do que aproximadamente 0,05% em peso) de um revestimento.

Embora os colorantes em pó tenham sido descritos, em certasmodalidades, um colorante líquido pode ser usado para revestir uma fontede combustível. Por exemplo, em algumas modalidades, um revestimentopode ser formado misturando um concentrado de colorante líquido e umsolvente. O revestimento pode incluir, por exemplo, menos do queaproximadamente 1% em peso (por exemplo, menos do queaproximadamente 0,5% em peso, menos do que aproximadamente 0,3% empeso, menos do que aproximadamente 0,1% em peso, menos do queaproximadamente 0,05% em peso) do colorante líquido.

Em algumas modalidades, um revestimento pode ser formadoaplicando uma solução de colorante que inclui um ou mais colorantes em póe/ou líquidos e um ou mais solventes sobre uma fonte de combustível. Osexemplos de solventes incluem combustíveis (por exemplo, metanol), água,ou outros líquidos nos quais o colorante é solúvel. Em certas modalidades, osolvente pode evaporar da solução depois que a solução é aplicada à fontede combustível.

Um revestimento que inclui um colorante pode ser adicionado auma fonte de combustível usando, por exemplo, métodos de imersão,aspersão e/ou espalhamento. Em algumas modalidades, o revestimentopode ser deixado secar sobre a fonte de combustível em uma temperaturade aproximadamente 25°C depois da aplicação à fonte de combustível. Emcertas modalidades, um revestimento pode ser aquecido depois de seradicionado a uma fonte de combustível. Por exemplo, um revestimentolíquido pode ser aquecido de tal modo que ele seque sobre a fonte decombustível. O revestimento pode ser aquecido até uma temperatura, porexemplo, de pelo menos aproximadamente 30°C (por exemplo, pelo menosaproximadamente 40°C, pelo menos aproximadamente 50°C, pelo menosaproximadamente 75°C, pelo menos aproximadamente 100°C, pelo menosaproximadamente 125°C, pelo menos aproximadamente 150°C, pelo menosaproximadamente 175°C, pelo menos aproximadamente 190°C) e/ou até nomáximo aproximadamente 200°C (por exemplo, no máximoaproximadamente 190°C, no máximo aproximadamente 175°C, no máximoaproximadamente 150°C, no máximo aproximadamente 125°C, no máximoaproximadamente 100°C, no máximo aproximadamente 75°C, no máximoaproximadamente 50°C, no máximo aproximadamente 40°C). Em algumasmodalidades, aquecer um revestimento produzido a partir de uma soluçãode colorante pode aumentar a velocidade de evaporação do solvente nasolução. Em certas modalidades, um revestimento de colorante pode serespalhado enquanto o revestimento de colorante está secando sobre umafonte de combustível (por exemplo, para limitar ou impedir o acúmulo degotículas do revestimento sobre a superfície da fonte de combustível).

Os colorantes que são usados em um revestimento podem ser,por exemplo, qualquer um dos colorantes mencionados acima com relação àdetecção da quantidade de combustível. Em algumas modalidades, umrevestimento que inclui um colorante pode ser não-volátil.

Fazendo referência novamente à figura 1, um exemplo de célulaa combustível 32 será agora descrito. A célula a combustível 32 inclui umeletrólito 38, um ânodo 34 ligado a um primeiro lado do eletrólito, e umcátodo 36 ligado a um segundo lado do eletrólito. O eletrólito 38, o ânodo 34e o cátodo 36 estão dispostos entre as camadas de difusão de gás (CDGs)40 e 42.

O eletrólito 38 precisa ser capaz de permitir que os íons fluamatravés do mesmo, ao mesmo tempo em que proporciona uma substancialresistência ao fluxo de elétrons. Em algumas modalidades, o eletrólito 38 éum polímero sólido (por exemplo, uma membrana de troca tônica empolímero sólido), como uma membrana de troca protônica em polímerosólido (por exemplo, um polímero sólido contendo grupos de ácidosulfônico). Essas membranas estão disponíveis comercialmente junto à E.l.DuPont de Nemours Company (Wilmington, DE, EUA) sob a marcaregistrada NAFION. Alternativamente, o eletrólito 38 também pode serpreparado a partir do produto comercial GORE-SELECT, disponível junto àW. L. Gore & Associates (Elkton, MD, EUA).

O ânodo 34 pode ser formado a partir de um material, como umcatalisador, capaz de interagir com metanol e água para formar dióxido decarbono, prótons e elétrons. Exemplos desses materiais incluem, porexemplo, platina, ligas de platina (como Pt-Ru, Pt-Mo, Pt-W ou Pt-Sn) eplatina dispersa em negro-de-fumo. O ânodo 34 pode incluir, ainda, umeletrólito, como um material ionomérico material, por exemplo, NAFION, quepermita que o ânodo conduza prótons. Alternativamente, uma suspensão éaplicada à superfície das camadas de difusão de gás (descrito a seguir) queestão voltadas para o eletrólito sólido 38, e a dita suspensão é, então,secada. O método para preparação do ânodo 34 pode incluir, ainda, o usode pressão e temperatura para obter a aglutinação.

O cátodo 36 pode ser formado a partir de um material, como umcatalisador, capaz de interagir com oxigênio, elétrons e prótons para formarágua. Exemplos desses materiais incluem, por exemplo, platina, ligas deplatina (como Pt-Co, Pt-Cr ou Pt-Fe) e metais nobres dispersos em negro-de-fumo. O cátodo 36 pode incluir, ainda, um eletrólito, como um materialionomérico, (por exemplo, NAFION), que permita que o cátodo conduzaprótons. O cátodo 36 pode ser preparado conforme descrito acima no que serefere ao ânodo 34.

As camadas de difusão de gás (CDGs) 40 e 42 podem serformadas a partir de um material que seja permeável tanto a gases como alíquidos. Exemplos de GDLs estão disponíveis em várias empresas taiscomo Etek em Natick, MA, EUA, SGL em Valencia, CA1 EUA, e Zoltek emSt. Louis, MO, EUA. As CDGs 40 e 42 podem ser eletricamente condutoras,de tal modo que os elétrons possam fluir de um ânodo 34 para uma placa decampo de fluxo do ânodo (não ilustrada) e de uma placa de campo de fluxodo cátodo (não ilustrada) para o cátodo 36.

Outras modalidades de células a combustível diretas de metanole sistemas de células a combustível, incluindo métodos de uso, estãodescritos, for exemplo, no pedido de patente comumente cedido n2 de sérieUS 10/779.502, depositado em 13 de fevereiro de 2004, e intitulado "FuelCeN", "Fuel Cell Systems Explained", J. Laraminie, A. Dicks, Wiley, NewYork, 2000, "Direct Methanol Fuel Cells: From a Twentieth CenturyElectrochemisfs Dream to a Twenty-first Century Emerging Technology", C.Lamy, J. Leger, S. Srinivasan, Modern Aspects of Electrochemistry, Nq 34,editado por J. Bockris et al., Kluwer Academic / Plenum Publishers, NewYork (2001) pp. 53-118, e "Development of a Miniature Fuel Cell for PortableApplications", S. R. Narayanan, Τ. I. Valdez and F. Clara, in Direct MethanolFuel Cells, S. R. Narayanan, S. Gottesfeld e T. Zawodzinski, Editores,Electrochemical Society Proceedings, 2001-4 (2001) Pennington, NJ, EUA,todos aqui incorporados como referência.

Durante a operação do sistema de célula a combustível 20, ocombustível da fonte de combustível 24 é introduzido no ânodo 34, umreagente do cátodo (tal como ar) é introduzido no cátodo 36, e a energiaelétrica é produzida a partir das respectivas reações de oxidação e redução,como descrito acima. O excesso de combustível e de reagente do cátodo saipor meio das saídas 28 e 31, respectivamente.

Outras Modalidades

Embora certas modalidades tenham sido descritas, outrasmodalidades são possíveis.

Na qualidade de um exemplo, em algumas modalidades, umcolorante pode ser incorporado entre as camadas de um invólucro commúltiplas camadas que é parte de uma fonte de combustível. Por exemplo, afigura 10 ilustra uma fonte de combustível 800 que inclui um invólucroexterno 802 e um invólucro interno 804 dentro do invólucro externo. Emcertas modalidades, o invólucro interno 804 pode ser relativamente flexível(por exemplo, o invólucro interno 804 pode estar na forma de uma bexigaflexível). O invólucro interno 804 contém um combustível 806. Uma entradade combustível 810 se estende através do invólucro externo 802 e tambématravés do invólucro interno 804, e está em comunicação fluida com ocombustível 806. O invólucro interno 804 é produzido a partir de umaestrutura com múltiplas camadas 801 que inclui duas camadas poliméricas803 e 805, e um colorante 808. Caso o combustível 806 vaze do invólucrointerno 804 e/ou pela saída de combustível 810 e entre em contato com ocolorante 808, então o combustível pode se misturar com o colorante 808,de tal modo que o combustível fique colorido, e o vazamento de combustívelse torne desta forma visível. Embora uma estrutura com múltiplas camadas,incluindo duas camadas poliméricas e um colorante, tenha sido ilustrada, emalgumas modalidades, uma estrutura com múltiplas camadas pode incluirmais do que duas camadas poliméricas (por exemplo, três camadas, quatrocamadas, cinco camadas) e/ou pode incluir mais do que um colorante (porexemplo, dois colorantes, três colorantes, quatro colorantes, cincocolorantes). Em certas modalidades, um invólucro externo, tal como oinvólucro externo 802, pode ser formado a partir de uma estrutura commúltiplas camadas que inclui um colorante.

Na qualidade de um exemplo, embora os sistemas de células acombustível diretas de metanol tenham sido descritas em algumasmodalidades, um colorante pode ser usado em uma célula a combustível dehidrogênio, tal como uma célula a combustível de hidrogênio com membranaeletrolítica polimérica (PEM). As células a combustível de hidrogênio estãodescritas, por exemplo, na publicação do pedido de patente n2 US2004/0229090, publicada em 18 de novembro de 2004, e na publicação depedido de patente n2 US 2004/0229101, publicada em 18 de novembro de2004, sendo ambas aqui incorporadas como referência.

Na qualidade de outro exemplo, em certas modalidades, umafonte de combustível que contém uma mistura de combustível que inclui umou mais colorantes pode fornecer uma indicação visual de vazamento damistura de combustível. Assim sendo, o colorante ou os colorantes podemservir como indicadores da quantidade de combustível e também comoindicadores do vazamento de combustível.

Como um exemplo adicional, em algumas modalidades, umamistura de combustível e/ou um revestimento sobre uma fonte decombustível pode incluir um ou mais colorantes fluorescentes. Os exemplosde colorantes fluorescentes disponíveis comercialmente incluem osseguintes colorantes em pó, todos disponíveis na Robert Koch Industries,Inc.: Hi-pH Fluorescent Green 6220, Hi-pH Fluorescent Kelly Green 6225, eHi-pH Fluorescent Gold 6525. Os exemplos adicionais de colorantesfluorescentes disponíveis comercialmente incluem os seguintes coloranteslíquidos, estando ambos disponíveis na Robert Koch Industries, Inc.:Fluorescent Deep Orange 2270 15% Liquid, e Fluorescent Orange 2272 15%Liquid. Em certas modalidades, uma mistura combustível e/ou umrevestimento sobre uma fonte de combustível pode incluir um ou maiscolorantes fluorescentes que são visíveis sob iluminação incandescenteiluminação de quarto escuro. Um dispositivo (por exemplo, um dispositivoeletrônico portátil, tal como um telefone celular), que usa tal mistura decombustível e/ou fonte de combustível, pode emitir luz (por exemplo, luzincandescente de baixa potência), para, por exemplo, indicar melhor apresença de um vazamento de combustível. Em algumas modalidades, umrevestimento e/ou uma mistura de combustível pode incluir múltiploscolorantes, tal como um colorante fluorescente e um colorante não-fluorescente.

Na qualidade de outro exemplo, embora uma membrana compervaporação tenha sido descrita, em algumas modalidades, um sistema decélulas a combustível, uma fonte de combustível e/ou uma célula acombustível pode incluir alternativamente ou adicionalmente um ou maisoutros tipos de membranas. Tipicamente, a membrana ou as membranaspodem ser permeáveis a combustíveis. Os exemplos de materiais quepodem ser usados em membranas permeáveis a combustíveis (por exemplo,membranas permeáveis a metanol) incluem polímeros de fluorcarbonetos,polietileno, polipropileno, policarbonato, poliimidas, polissulfonos,polissulfetos, poliuretanas, poliésteres, e celulose (por exemplo, papel). Osmateriais permeáveis a combustíveis estão descritos ainda, por exemplo, nopedido de patente n2 de série 10/957.935, depositado em 4 de outubro de2004, e intitulado "Fuel Sources, Fuel Cells and Methods of Operating FuelCells". Em certas modalidades, a membrana ou as membranas em umsistema de células a combustível, fonte de combustível e/ou célula acombustível podem ser permeáveis a vapores e/ou impermeáveis a líquidos.

Em certas modalidades, nas quais a membrana é impermeável a líquidos, amembrana pode estar na forma de um filme contínuo e/ou pode não terquaisquer furos nela. A membrana ou as membranas podem serimpermeáveis a um ou mais colorantes.

Como um exemplo adicional, em algumas modalidades, umsistema de células a combustível, uma célula a combustível e/ou uma fontede combustível pode incluir uma membrana que retém o colorante de umamistura combustível/colorante à medida que a mistura atravessa amembrana, e ao mesmo tempo, permitindo que o combustível da misturaatravesse a membrana. Em algumas dessas modalidades, um aumento naconcentração de colorante na membrana no decorrer do tempo pode serusado para sinalizar a quantidade de combustível remanescente em umafonte de combustível. Os exemplos de materiais que podem ser usados emmembranas retentoras de colorantes incluem materiais filtrantes de carvão eresinas de troca iônica. Em certas modalidades, uma membrana retentora decolorante pode ser uma membrana de osmose reversa.

Como um outro exemplo, em certas modalidades, um sistema decélulas a combustível, uma fonte de combustível e/ou uma célula acombustível pode incluir uma membrana ou filtro removível (por exemplo,destacável). Por exemplo, uma fonte de combustível pode incluir umamembrana removível com pervaporação.

Como outro exemplo, em algumas modalidades, uma misturaque contém um combustível e um colorante pode mudar de cor à medidaque a concentração do colorante na mistura muda. Assim sendo, à medidaque o combustível na mistura é consumido e a concentração do colorante namistura aumenta, a cor da mistura pode mudar (por exemplo, de amarelopara verde, de azul para vermelho), fornecendo desta forma um sinal daquantidade de combustível remanescente na mistura. Em algumasmodalidades, a mistura pode incluir uma combinação de colorantes, taiscomo Acid Yellow 1, ou Naphthol Yellow S, e Solvent Blue 37. Os colorantesestão descritos, por exemplo, na publicação do pedido de patente n2 US2003/0134162 A1, publicada em 17 de julho de 2003, que é aqui incorporadacomo referência.

Na qualidade de um exemplo adicional, embora fontes decombustível que incluem colorantes tenham sido descritas, em algumasmodalidades, outros componentes de um sistema de células a combustível(por exemplo, uma pilha de células a combustível) podem incluir um ou maiscolorantes, tais como os colorantes descritos acima.

Por exemplo, a figura 11 ilustra um sistema de células acombustível 820 que inclui uma pilha de células a combustível 822, umafonte de combustível 824 em comunicação fluida com a pilha de células acombustível por intermédio de uma entrada de combustível 826, uma saídade combustível 828, uma entrada de reagente do cátodo (por exemplo, ar)830 em comunicação fluida com a pilha de células a combustível, uma saídado reagente do cátodo 831. Como ilustrado, a pilha de células a combustível822 inclui uma célula a combustível 832 que inclui um ânodo 834 emcomunicação fluida com a fonte de combustível 824, um cátodo 836, umeletrólito 838 entre o ânodo e o cátodo, e duas camadas de difusão de gás(GDL) 840 e 842. A pilha de células a combustível 822 inclui ainda umcompartimento anódico 862 que tem uma superfície interna 864, e umcátodo pressurizado 852 que tem uma superfície interna 854. Como ilustradona figura 11, uma parte da superfície interna 864 é revestida com umacamada de colorante 860, e uma parte da superfície interna 854 é revestidacom uma camada de colorante 850. Caso o combustível entre em contatocom a camada de colorante 860 e/ou com a camada de colorante 850, entãoo colorante ou os colorantes nas camadas de colorante podem se misturarcom o combustível, fornecendo uma indicação visual de um vazamento decombustível.

Em algumas modalidades, uma célula a combustível pode incluirum colorante em um ou mais locais. Por exemplo, a figura 12 ilustra umamodalidade de um sistema de células a combustível 1020 que inclui umapilha de células a combustível 1022, uma fonte de combustível 1024 emcomunicação fluida com a pilha de células a combustível por intermédio deuma entrada de combustível 1026, uma saída de combustível 1028, umentrada de reagente do cátodo (por exemplo, ar) 1030 em comunicaçãofluida com a pilha de células a combustível, e uma saída do reagente docátodo 1031. Como ilustrado, a pilha de células a combustível 1022 incluiuma célula a combustível 1032 que inclui um ânodo 1034 em comunicaçãofluida com a fonte de combustível 1024, um cátodo 1036, um eletrólito 1038entre o ânodo e o cátodo, e duas camadas de difusão de gás (GDL) 1040 e1042. A pilha de células a combustível 1022 inclui ainda um compartimento1050 (por exemplo, feito de um material transparente) que tem umasuperfície interna 1051. Uma parte da superfície interna 1052 é revestidacom uma camada de colorante 1052. Caso o combustível vaze para dentrodo compartimento 1050 e entre em contato com a camada de colorante1052, então o colorante ou os colorantes na camada de colorante podem semisturar com o combustível, fornecendo uma indicação visual de umvazamento de combustível.

Todas as referências mencionadas neste documento, comopedidos de patente, publicações e patentes, estão aqui incorporados a títulode referência em sua totalidade.

Outras modalidades estão nas reivindicações.

Claims (68)

1. Cartucho compreendendo: um primeiro invólucro que tem umasuperfície interna e uma superfície externa, um segundo invólucro dentro doprimeiro invólucro, sendo que o segundo invólucro contém um álcoolcombustível ou um hidrocarboneto combustível e tem uma superfície internae uma superfície externa, e um primeiro colorante sustentado por pelomenos uma parte da superfície interna do primeiro invólucro.

2. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocolorante fica em contato com a superfície interna do primeiro invólucro.

3. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocolorante é ainda sustentado por pelo menos uma parte da superfícieexterna do segundo invólucro.

4. Cartucho, de acordo com a reivindicação 3, em que o primeirocolorante fica em contato com a superfície externa do segundo invólucro.

5. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, compreendendoainda: um segundo colorante sustentado por pelo menos uma parte dasuperfície externa do segundo invólucro.

6. Cartucho, de acordo com a reivindicação 5, em que osegundo colorante fica em contato com a superfície externa do segundoinvólucro.

7. Cartucho, de acordo com a reivindicação 5, em que osegundo colorante é diferente do primeiro colorante.

8. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, em que osegundo invólucro contém um álcool combustível.

9. Cartucho, de acordo com a reivindicação 8, em que o álcoolcombustível compreende metanol.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeirocolorante compreende um colorante líquido ou um colorante em pó.

11. Cartucho compreendendo: um primeiro invólucro que temuma superfície interna e uma superfície externa, um segundo invólucrodentro do primeiro invólucro, sendo que o segundo invólucro contém umálcool combustível ou um hidrocarboneto combustível e tem uma superfícieinterna e uma superfície externa, e um colorante sustentado por pelo menosuma parte da superfície externa do segundo invólucro.

12. Cartucho, de acordo com a reivindicação 11, em que ocolorante fica em contato com a superfície externa do segundo invólucro.

13. Cartucho, de acordo com a reivindicação 11, em que osegundo invólucro contém um álcool combustível.

14. Cartucho, de acordo com a reivindicação 13, em que o álcoolcombustível compreende metanol.

15. Cartucho, de acordo com a reivindicação 11, em que ocolorante compreende um colorante líquido ou um colorante em pó.

16. Cartucho compreendendo: um invólucro de cartucho, umamistura que compreende um primeiro colorante e um álcool combustível ouum hidrocarboneto combustível dentro do invólucro do cartucho, e umamembrana impermeável a líquidos.

17. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amembrana é permeável a vapores.

18. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amembrana é uma membrana de pervaporação.

19. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amembrana é impermeável ao primeiro colorante.

20. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amembrana compreende silicone.

21. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amembrana compreende poli(dimetil)-silicone ou poli(trimetil)-silil-propíno.

22. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amembrana compreende um material selecionado no grupo que consiste empolímeros de fluorcarbonetos, polietileno, polipropileno, policarbonatos,poliimidas, polissulfonas, polissulfetos, poliuretanos, poliésteres, celulose, ecombinações dos mesmos.

23. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que oprimeiro colorante compreende um colorante líquido ou um colorante em pó.

24. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16,compreendendo ainda um segundo colorante diferente do primeiro colorante.

25. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amistura compreende no máximo aproximadamente 1%, em peso, do primeirocolorante.

26. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, em que amistura compreende um álcool combustível.

27. Cartucho, de acordo com a reivindicação 26, em que o álcoolcombustível compreende metanol.

28. Método compreendendo: escoar um álcool combustível ouum hidrocarboneto combustível de um cartucho até uma célula acombustível através de uma membrana, sendo que o cartucho contém umamistura de um primeiro colorante com o álcool combustível ou ohidrocarboneto combustível, de modo que substancialmente todo o primeirocolorante permanece no cartucho enquanto o álcool combustível ou ohidrocarboneto combustível escoa através da membrana.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que o métodocompreende: escoar um álcool combustível a partir de um cartucho até umacélula a combustível através de uma membrana.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, em que o álcoolcombustível compreende metanol.

31. Método, de acordo com a reivindicação 28, compreendendoainda a medição da concentração do primeiro colorante na mistura dentro docartucho.

32. Método, de acordo com a reivindicação 31, em que amedição da concentração do primeiro colorante na mistura dentro docartucho compreende detectar de forma espectroscópica a concentração doprimeiro colorante na mistura dentro do cartucho.

33. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana é impermeável a líquidos.

34. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana é permeável a vapores.

35. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana é impermeável ao primeiro colorante.

36. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana é uma membrana com pervaporação.

37. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana compreende silicone.

38. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana compreende poli(dimetil)-silicone ou poli(trimetil)-silil-propino.

39. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que amembrana compreende um material selecionado no grupo que consiste empolímeros de fluorcarbonetos, polietileno, polipropileno, policarbonatos,poliimidas, polissulfonas, polissulfetos, poliuretanos, poliésteres, celulose, ecombinações dos mesmos.

40. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que oprimeiro colorante compreende um colorante líquido ou um colorante em pó.

41. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que a misturacompreende ainda um segundo colorante que é diferente do primeirocolorante.

42. Método compreendendo: escoar um álcool combustível ouum hidrocarboneto combustível a partir de um cartucho até uma célula acombustível através de uma membrana, sendo que o cartucho contém umamistura de um primeiro colorante e o álcool combustível ou o hidrocarbonetocombustível, e aumentar a concentração do primeiro colorante na misturadentro do cartucho.

43. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que o métodocompreende: escoar um álcool combustível a partir dé um cartucho até umacélula a combustível através de uma membrana.

44. Método, de acordo com a reivindicação 43, em que o álcoolcombustível compreende metanol.

45. Método, de acordo com a reivindicação 42, compreendendoainda: medir a concentração do primeiro colorante na mistura dentro docartucho.

46. Método, de acordo com a reivindicação 45, em que amedição da concentração do primeiro colorante na mistura dentro docartucho compreende detectar de forma espectroscópica a concentração doprimeiro colorante na mistura dentro do cartucho.

47. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana é impermeável a líquidos.

48. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana é permeável a vapores.

49. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana é uma membrana com pervaporação.

50. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana é impermeável ao primeiro colorante.

51. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana compreende silicone.

52. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana compreende poli(dimetil)-silicone ou poli(trimetil)-silil-propino.

53. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que amembrana compreende um material selecionado do grupo que consiste empolímeros de fluorcarbonetos, polietileno, polipropileno, policarbonatos,poliimidas, polissulfonas, polissulfetos, poliuretanos, poliésteres, celulose, ecombinações destes.

54. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que oprimeiro colorante compreende um colorante líquido ou um colorante em pó.

55. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que a misturacompreende ainda um segundo colorante que é diferente do primeirocolorante.

56. Método compreendendo escoar um álcool combustível ouum hidrocarboneto combustível a partir de um cartucho até uma célula acombustível através de uma membrana, sendo que o cartucho contém umamistura de um primeiro colorante e o álcool combustível ou o hidrocarbonetocombustível, e medir a concentração do primeiro colorante na mistura dentrodo cartucho.

57. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que o métodocompreende escoar um álcool combustível a partir de um cartucho até umacélula a combustível através de uma membrana.

58. Método, de acordo com a reivindicação 57, em que o álcoolcombustível compreende metanol.

59. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amedição da concentração do primeiro colorante na mistura dentro docartucho compreende detectar de forma espectroscópica a concentração doprimeiro colorante na mistura dentro do cartucho.

60. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana é impermeável a líquidos.

61. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana é permeável a vapores.

62. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana é uma membrana com pervaporação.

63. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana é impermeável ao primeiro colorante.

64. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana compreende silicone.

65. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana compreende poli(dimetil)-silicone ou poli(trimetil)-silil-propino.

66. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que amembrana compreende um material selecionado no grupo que consiste empolímeros de fluorcarbonetos, polietileno, polipropileno, policarbonatos,poliimidas, polissulfonas, polissulfetos, poliuretanas, poliésteres, celulose, ecombinações dos mesmos.

67. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que oprimeiro colorante compreende um colorante líquido ou um colorante em pó.

68. Método, de acordo com a reivindicação 56, em que a misturacompreende ainda um segundo colorante que é diferente do primeirocolorante.