燃料电池罐及膜电极组件组制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统（１０），其具有多种特征以便使电子设备（１１）的操作达到最佳。该燃料电池系统（１０）包括一个燃料罐（１２），其带有一个内含燃料的燃料库以及一个膜电极组件（ＭＥＡ）或组（５４）。该燃料罐（１２）在操作上可选择性地与电子设备（１１）相连从而给设备提供电力。在一实施例中，该燃料罐（１２）可放置在电子设备（１１）的一个腔体中。在另一个实施例中，该燃料罐（１２）在操作上可布置电子设备（１１）的外部并与该电子设备相连。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池罐及膜电极组件
本专利技术一般涉及燃料电池系统，本专利技术特别涉及一种使用了燃料电池和燃料罐的燃料系统，本专利技术还特别涉及将一膜电极组件集成到燃料罐中。
技术介绍
燃料电池是一种将反应剂即燃料和氧化剂的化学能直接转换成直流电能(DC)的设备。对于越来越多的应用场合来说，燃料电池的效率要高于常规的动力形式，如矿物燃料的燃烧，并且比便携式电能贮存如锂离子电池更为高效。通常来讲，燃料电池技术包括有多个不同的燃料电池，如碱性燃料电池、聚合物电解电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。某些燃料电池采用压缩的氢(H2)作为燃料。压缩的氢通常处于高压状态，因此其操作非常困难。此外，其通常需要很大的贮罐，很难针对消费者的电子设备做得很小。质子交换膜(Protonexchange membrane----PEM)燃料电池采用甲醇(CH3OH)、硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物(如丁烷)或者是其它燃料转换成氢。常规的转换型燃料电池需要转换剂以及其它的蒸发和辅助系统来将燃料转换成氢从而瑟燃料电池中的氧化剂反应。最新的进展使转换剂或转换型燃料电池很有希望用于消费者的电子设备。其它的PEM燃料电池直接采用甲醇(CH3OH)燃料(“直接甲醇燃料电池”或DMFC)。DMFC，其中甲醇-->与燃料电池中的氧化剂直接反应，是一种最简单并且有可能最小的燃料电池，其很希望成为消费电子设备的电源。固体氧化物燃料电池(SOFC)在很高的温度下对碳氢化合物燃料如丁烷进行转换从而产生电力。SOFC需要1000℃左右的高温才能使燃料电池发生反应。用来生成电力的化学反应对每一类燃料电池来说都是不同的。对于DMFC来说，每一个电极处的化学-电反应以及直接甲烷燃料电池的整个反应均可描述如下：阳极的半反应：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-阴极的半反应：1.5O2+6H++6e-→3H2O整个燃料电池的反应：CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O由于氢离子穿过PEM从阳极迁移到阴极，并且由于自由电子不能穿过PEM，因此这些电子必须流过一个外部电路，从而形成一个流过外部电路的电流。该外部电路可用来给许多有用的消费电子设备提供电力，如移动电话或蜂窝电话、计算器、个人数字助理、膝上电脑以及动力工具等。DMFC在美国专利文献US5992008和US5945231中进行描述，这两篇文献以引用的方式全文并入这里。通常来讲，PEM由一种聚合物制成，如DuPont公司的Nafion或者是其它合适的膜，前者是一种厚度在0.05mm到0.50mm之间的全氟化合物材料。阳极通常由一张用聚四氟乙烯处理的碳纸，其上支撑并沉积有很簿的一层催化剂，如铂-钌。阴极通常是一种气体扩散电极，其中有铂颗粒粘接到该膜的一侧上。硼氢化钠转换型燃料电池的反应如下：-->NaBH4(液体)+2H2O→(加热或催化)→4(H2)+NaBO2(液体)阳极的半反应：H2→2H++2e-阴极的半反应：2(2H++2e-)+O2→2H2O适合于该反应的催化剂包括铂和钌以及其它的金属。硼氢化钠转换中产生的氢燃料在燃料电池中与一氧化剂如O2进行反应从而产生电力(或者是电子流)和副产品水。转换过程中还会产生副产品硼酸钠。硼氢化钠燃料电池在已经公开的美国专利文献US2003/0082427中进行了描述，其以引用的方式并入这里。燃料电池的一个重要方面就是燃料的贮存。燃料源应能方便地插入到燃料电池或燃料电池所提供电力的电子设备中。此外，燃料源还应能方便地更换或填充。美国专利公开文献US2003/0082427公开了一种燃料罐，其中硼氢化钠在该罐中转换从而形成氢和副产品。然而，这篇现有技术并未公开这样的一种燃料源，其能当场生产出燃料或者是所包含反应剂没有腐蚀性、并且贮存成本很低，再或者是该燃料源具有下面所述的优点和特点。通常，MEA布置在消费电子设备内部的燃料电池的内部。美国公开专利申请US2003/0082416和US2003/0082426就公开了这样的一种设备。在这种设备中，燃料源可拆下来并且能贮存在一个罐中。该MEA的寿命通常会受到PEM寿命的限制。PEM的效率易受到各种因素的影响，如燃料流量、燃料中金属离子的浓度、燃料温度以及环境/存放温度等。当PEM的效率足够低时，PEM就必须更换或更新。频繁的维护PEM并不是一件好事，因为其需要对电子设备进行维护。-->这里就需要这样的一种燃料电池，其能在不维护电子设备的情况下对PEM进行维护或维修。
技术实现思路
本专利技术涉及一种燃料电池，其包括：一个电子设备，其具体一壳体，该壳体形成一燃料罐腔体；以及一个燃料罐，其能可拆地放置在燃料罐腔体中。该燃料罐至少包含一个膜电极组件或组；以及一个内含燃料的燃料库。该燃料运送到膜电极组件以便转换成电力来给电子设备提供能量。该电子设备可具有一个控制器，其用来控制电子设备和燃料罐的各种功能，并且该电子设备中至少出现部分的部件平衡。本专利技术还涉及一种燃料电池罐，其适于插入到一个电气设备来给电子设备提供电力。该燃料电池罐具有一个膜电极组件或一组以及一个内含燃料的燃料库。该燃料在膜电极组件这里反应从而产生电力。附图说明在附图中，其作为说明书的一个部分需要结合附图标记一起来看，相同的附图标记表示相同的部件。图1是本专利技术一燃料电池系统的示意图，其包括一个燃料罐，该燃料罐带有燃料库和一个MEA或一组，其中该燃料罐在操作上还与电子设备相连；图2是图1中燃料电池系统的分解示意图，其中的燃料罐从电子设备上拆了下来；图3是本专利技术另一种燃料电池系统的示意图，其中的燃料罐用在电子设备的外部；-->图4是本专利技术燃料电池系统的另一个实施例的示意图，其中的燃料罐用在两个电子设备的外部；以及图5是本专利技术燃料电池罐的一个示意图。优选实施例如附图及下面内容所描述的那样，本专利技术涉及一种燃料电池系统，其采用燃料电池燃料如甲醇和水、甲醇/水的混合物、不同浓度或纯度的甲醇/水的混合物。甲醇能用在各种类型的燃料电池中，如DMFC，酶燃料电池，转换型燃料电池等。该燃料电池系统可包含其它类型的燃料电池燃料如乙醇或酒精，能够转换成氢的化学物质，或者是其它可提高燃料电池性能或效率的化学物质。这些燃料还包括氢氧化钾(KOH)电解液，其能与金属燃料电池或碱性燃料电池一起使用，并能保存在燃料源中。对于金属燃料电池来说，燃料为载有锌颗粒的流体形式，其中的锌颗粒浸在KOH电解质反应溶液中，并且电池腔中的阳极是由锌颗粒所形成的颗粒阳极。KOH电解质溶液在名称为“Method of Using Fuel Cell System Configured toProvide Power to One or more Loads”公开日为2003年4月24日的美国专利申请US2003/0077493中有描述，其全文在这里以引用的方式并入。这些燃料还包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混合物，其流过硅片上形成的催化剂从而生成一个燃料电池反应。这些燃料还包括上述的液态硼氢化钠(NaBH4)和水。这些燃料还包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于，名称为“Liquid Hereto-Interface Fuel Cell Device”、公开日为2003年5月22日的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其包括：一个电子设备，其具体一壳体，该壳体形成一燃料罐腔体；一个燃料罐，其能可拆地放置在燃料罐腔体中，该燃料罐至少包含一个膜电极组件以及一个内含燃料的燃料库，该燃料在运送到膜电极组件以便转换成电力来给电子设备使 用之前能运送到电子设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-11 10/843,6381、一种燃料电池，其包括：一个电子设备，其具体一壳体，该壳体形成一燃料罐腔体；一个燃料罐，其能可拆地放置在燃料罐腔体中，该燃料罐至少包含一个膜电极组件以及一个内含燃料的燃料库，该燃料在运送到膜电极组件以便转换成电力来给电子设备使用之前能运送到电子设备。2、如权利要求1的燃料电池系统，其中的电子设备进一步包括一个第一电接点以及一个控制器，同时燃料罐进一步包括一个第二电接点，当燃料罐在操作上与电子设备相连时，第一和第二电接点电气导通，由此控制器就能控制电子设备和燃料罐的功能。3、如权利要求1的燃料电池系统，其中的膜电极组件包括一个阳极、一个质子交换膜以及一个阴极。4、如权利要求1的燃料电池系统，其中的燃料罐进一步包括一个与第二电接点电气接通的信息存贮设备，当燃料罐在操作上与电子设备相连时，该信息存贮设备可由一控制器进行读取。5、如权利要求1的燃料电池系统，其中的燃料罐进一步包括一个热交换器，其与膜电极组件的上游相流通，由此该燃料就能传输到热交换器以便冷却，再输送到膜电极组件。6、如权利要求1的燃料电池系统，其中的燃料罐进一步包括一个离子过滤器，其与燃料库的下游相流通。7、如权利要求1的燃料电池系统，其中的燃料罐进一步包括一个离子传感器，并且该离子传感器与第二电接点电气相连。8、如权利要求1的燃料电池系统，其中的电子设备进一步包括一个-->泵，当燃料罐在操作上与电子设备相连时该泵用来将燃料泵送到膜电极组件。9、如权利要求8的燃料电池系统，其中的泵与第二电接点和控制器电气连通。10、如权利要求1的燃料电池系统，其中的电子设备进一步包括一个空气腔，当燃料罐在操作上与电子设备相连时，该空气腔与膜电极组件的一个阴极相流通，由此该空气就能输送到阴极。11、如权利要求1的燃料电池系统，其中的电子设备进一步包括一个气体副产品分离器，当燃料罐在操作上与电子设备相连时，该二氧化碳分离器与膜电极组件的一个阳极相流通，由此就能将一气体副产品输送到气体产品分离器。12、如权利要求1的燃料电池系统，其中的电子设备进一步包括一个冷凝器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗亚当斯，安德鲁J库瑞罗，佛洛伊德菲尔班克斯，
申请(专利权)人：法商BIC公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]