정보 저장 기기 및 제어 장치를 포함하는 연료전지 공급원 document_id A220623030725

연료전지는 연료 및 산화제와 같은 반응물의 화학적 에너지를 직접적으로 직류(DC) 전기로 변환하는 장치이다. 연료전지는 화석연료의 연소와 같은 통상적인 전력발전이나 리튬 이온전지와 같은 휴대용 전력저장장치보다도 더 효율적이어서 그 이용이 증가하고 있다. 일반적으로 연료전지 기술은 알칼리 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물 연료전지 및 효소 연료전지 등 다양한 종류의 연료전지를 포함한다. 오늘날 가장 중요한 연료전지로서는 일반적으로 세 가지 종류로 나눌 수 있는데, 압축수소(H2)를 연료로서 사용하는 연료전지와, 연료로서 메탄올(CH3OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 탄화수소(부탄 등의), 또는 수소연료로 변환된 기타 연료를 사용하는 양자교환 막(Proton Exchange Membrane: PEM, 이하 "PEM") 연료전지, 그리고 메탄올(CH3OH) 연료를 직접 사용하는 PEM 연료전지(직접형 메탄올 연료전지 또는 DMFC, 이하 "DMFC")가 그것이다. 일반적으로 압축수소는 고압 하에 보관되므로 다루기가 어렵다. 또한, 커다란 저장탱크가 일반적으로 요구되어 가전분야 기기에 사용될 만큼 작게 만들 수도 없다. 통상적인 개질 연료전지(reformat fuel cell)는 연료전지 내부에서 연료를 산화제와 반응하는 수소로 변환하기 위하여 개질기(reformer)와 기타 기화 및 부대 시스템을 필요로 한다. 최근에는 개질기나 개질 연료전지가 더 발전되어 가전분야 기기에 유망해졌다. DMFC는 연료전지 내부에서 메탄올이 직접 산화제와 반응하므로, 가장 단순하면서도 가장 소형화될 수 있는 연료전지로서 가장 유망하게 가전분야 기기에 적용될 수 있다. 비교적 많이 사용되는 통상적인 DMFC는 일반적으로 공기 또는 산소와 같은 산화제를 캐소드 전극에 공급하는 팬 또는 콤프레서와, 물/메탄올 혼합물을 애노드 전극에 공급하는 펌프 및 막전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA, 이하 "MEA")를 포함한다. 상기 MEA는 일반적으로 캐소드, PEM 및 애노드를 포함한다. 동작 중에 상기 물/메탄올 연료액 혼합물이 바로 상기 애노드로 공급되고, 상기 산화제는 상기 캐소드로 공급된다. 상기 각 전극에서의 화학-전기 반응 및 직접형 메탄올 연료전지에서의 전체 반응은 다음과 같다; 애노드에서의 반응: CH3OH ＋ H2O → CO2 ＋ 6H+ ＋ 6e- 캐소드에서의 반응: O2 ＋ 4H+ ＋ 4e- → 2H2O 전체 연료전지 반응: CH3OH ＋ 1.5O2 → CO2 ＋ 2H2O 수소이온(H+)은 PEM을 거쳐 애노드로부터 캐소드로 이동하고 자유전자(e-)는 PEM을 통과하지 못하기 때문에, 상기 전자는 외부회로에 흐를 수 밖에 없고, 결국 외부회로를 통하여 전류가 발생한다. 이 외부회로로서는 이동전화, 계산기, PDA(Personal Digital Assistant), 랩탑 컴퓨터 등과 같은 유용한 가전분야 기기가 될 수 있다. DMFC는 미국특허 제5,992,008호 및 제5,945,231호에서 다루어지고 있다. 일반적으로 PEM은 듀퐁사의 Nafion 과 같은 폴리머로서 대략 0.05mm로부터 0.50mm 두께범위의 과플루오르화(perfluorinated) 물질이나 기타 적절한 막으로 만들어진다. 애노드는 일반적으로 백금-루테늄과 같은 촉매 박막층이 표면에 도포된 테플론화 카본 페이퍼 지지체(Teflonized carbon paper support)로 만들어진다. 캐소드는 일반적으로 백금입자가 막의 일 측면에 결합된 가스 확산 전극으로 된다. 수소화붕소나트륨 개질기 연료전지의 연료전지 반응은 다음과 같다; NaBH4(수용액) ＋ 2H2O → (열 또는 촉매) → 4(H2) ＋ NaBO2(수용액) H2 → 2H+ ＋ 2e- (애노드) 2(2H+ ＋ 2e-) ＋ O2 → 2H2O (캐소드) 기타 금속 중에서 적절한 촉매로서는 백금 및 루테늄이 있다. 수소화붕소나트륨을 개질함으로써 얻어지는 수소연료는 O2와 같은 산화제와 연료전지 내부에서 반응하여 전기(또는 전자의 흐름) 및 부산물인 물을 만들어낸다. 또한, 붕산나트륨(NaBO2) 부산물은 개질처리 과정에서 얻어진다. 수소화붕소나트륨 연료전지는 미국특허출원공개공보 제2003/0082427호에서 다루어지고 있다. 특허문헌은 전자 메모리 소자를 포함하는 소모물질용 용기를 다수 개시한다. 미국특허출원공개공보 제US 2002/0154815 A1호에서는 ROM(Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), EEPROM(Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory), 비휘발성 RAM(non-volatile Random Access Memory), 휘발성 RAM(volatile Random Access Memory) 또는 기타 형태의 전자 메모리를 포함할 수 있는 다양한 용기들을 개시한다. 이들 전자 메모리 소자들은 코드화된 재활용과, 상기 용기들의 사용기록뿐만 아니라 상기 용기들에 대한 수리 및/또는 재충전 설명서를 보존하는데 사용될 수 있다. 상기 용기들은 프린터용 액체 잉크 또는 분말 토너를 포함할 수 있다. 또는, 상기 용기들은 연료전지를 포함할 수 있다. 미국특허출원공개공보 제US 2003/0082416 A1호 및 제US 2003/0082426 A1호에서는 호스트(host) 장치 및 정보 저장 기기를 구비한 연료전지 기구를 포함하는 시스템을 개시한다. 상기 호스트 장치는 예를 들어 연료전지 스택 및 분리가능한 연료 카트리지에 의해 전력을 공급받는 PDA일 수 있다. 상기 연료 카트리지는 정보 저장 기기를 포함하며, 이는 비휘발성 직렬 EEPROM 메모리 칩일 수 있다. 상기 칩에 저장된 데이터는 연료 관리 데이터, 안전 정보, 마케팅 및 제조 정보에 관련된 것일 수 있다. 현재 연료 수위는 감소하는 데이터 필드로 정의되는 한편, 초기 연료 수위 데이터는 쓰기 방지(write-protected)될 수 있다. 일본특허공개공보 제2003-49996호는 메모리 소자와 제어기 및 통신 인터페이스를 구비하는 수소 카트리지를 개시한다. 일본특허공개공보 제2002-161997호에서는 표면에 바코드가 인쇄된 다른 수소 카트리지를 개시한다. 상기 바코드는 상기 카트리지를 위한 식별정보가 포함된다. 국제특허공개공보 제WO 03/012902 A1호에서는 각각의 전지 상에 인쇄된 바코드를 구비하는 단위 연료전지를 개시한다.