用于微型燃料电池的氢供给制造技术

一种可抛弃的紧凑且有效率的存储装置（１０），包含燃料源（２４）和水，以向微型燃料电池提供氢燃料（３６）。该存储装置包括限定燃料源室（１４）和多个水室（１２）的外壳，以及位于每个水室（１２）中含水的一个或多个聚合物晶体（２２）。燃料源（２４），例如与催化剂混合的化学氢化物位于燃料源室（１４）中，其中有选择地允许每个水室（１２）中的水移动到燃料源室（１４）接触固体燃料，由此以所需要的流量和温度产生氢燃料（３６）。导管（３２）将外壳中产生的氢燃料（３６）提供给燃料电池（３８）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及微型燃料电池，更具体地，涉及包含燃料源和水 以向微型燃料电池提供氢燃料的存储装置。
技术介绍
可充电的蓄电池(battery)是用于蜂窝电话和各种其他便携电子 设备的主要电源。蓄电池中存储的能量是有限的。这取决于存储材料 的能量密度(Wh/L)、其化学性质和蓄电池的体积。例如，对于具有 250Wh/L能量密度的典型Li离子蜂窝电话蓄电池来说，10cc蓄电池能 够存储2.5Wh的能量。根据用途，它能够持续几小时到几天。充电总 是需要插座。有限量的存储能量和频繁的充电是蓄电池的主要不便之 处。对于蜂窝电话电源来说，需要更长的持续时间、容易充电的解决 方案。满足这个需求的一种方法就是有带有可充电的蓄电池的混合电 源和对蓄电池涓流充电的方法。对于能量转换设备来说给蓄电池充电 的重要考虑包括功率密度、能量密度、尺寸和能量转换效率。诸如太阳电池、利用周围温度波动的温差发电机和利用自然振动 的压电发电机的能量获取方法对于给蓄电池涓流充电来说是非常有吸 引力的电源。然而，由这些方法产生的能量都很小，通常仅几毫瓦， 并且在需要一百毫瓦时它需要很大体积来产生足够的功率，这使其对 蜂窝电话型应用来说不具有吸引力。一种替代方法是装载高能量密度燃料并且以高效率将该燃料能量 转化成电能对蓄电池充电。正在研究具有高能量密度的放射性同位素 燃料用于便携式电源。然而，就这种方法而言，功率密度低，并且还 要考虑放射性物质的安全性。这对于遥感器型应用来说是具有吸引力的电源，但是对于蜂窝电话电源来说并不具有吸引力。在各种其他能 量转换技术中，最具吸引力的能量转换技术是燃料电池技术，因为它 的能量转换效率高并且其展示出的高效率地小型化的可行性。具有主动控制系统的燃料电池和高工作温度的燃料电池例如主动 控制直接甲醇或者甲酸燃料电池(DMFC或DFAFC)、重整氢燃料电 池(RHFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)都是复杂系统并且非常 难以小型化到蜂窝电话应用所需的2-5cc体积。被动吸气式氢燃料电池 (passive air breathing fuel cell)、被动DMFC或DFAFC以及生物燃料 电池对于这种应用来说都是具有吸引力的系统。然而，除了小型化的 问题，对于被动DMFC和DFAFC来说，其他问题包括对氢燃料电池 的氢供给、寿命和能量密度；对于生物燃料电池来说，其他问题包括 寿命、能量密度和功率密度。常规DMFC和DFAFC设计包括平面堆叠层用于每个电池。然后 可以堆叠单个电池以获得更高的功率、冗余和可靠性。该层典型地包括石墨、碳或碳复合材料、聚合物材料、金属例如钛和不锈钢以及陶 瓷。堆叠层的功能性区域由用于将结构拧紧在一起的通孔以及沿着电 池和在电池之间的燃料和氧化剂的通道限定，通常限制在周边上。此 外，平面堆叠的电池仅由截面面积(x和y坐标)中的燃料/氧化剂交 替发电。为了以与当前蜂窝电话蓄电池相同的体积(10cc-2.5Wh)设计燃 料电池/蓄电池混合电源，需要更小的蓄电池和具有高功率密度和高效 率以及高能量密度燃料供给的燃料电池，以实现总体能量密度高于仅 蓄电池的能量密度。例如，对于满足电话的最大需要的4-5cc(l-1.25Wh) 蓄电池，燃料电池将需要适应l-2cc，燃料占据剩余的体积。燃料电池 的功率输出需要是0.5W或更大才能够在合理的时间内对蓄电池充电。 对小型燃料电池所进行的大部分研发活动都是试图小型化常规燃料电 池设计到小尺寸，最终的系统对于蜂窝电话应用来说还是太大。几个微型燃料电池研发活动已经揭示了在平面燃料电池构造中使用常规硅 处理方法，并且在一些情况下使用多孔硅(以增大表面积和功率密度)。参见例如U.S.专禾!j/申请号2004/0185323、 2004/0058226、 6541149和 2003/0003347。然而，吸气式平面氢燃料电池的功率密度典型地在 50-100mW/cn^的范围内。为了产生500nW，需要5ci^或者更大的活 性面积。单个燃料电池的工作电压在0.5-0.7V的范围内。为了给锂离 子蓄电池充电，需要串联至少四到五个电池才能使燃料电池工作电压 达到2-3V以有效地DC-DC转换到4V。因此，常规平面燃料电池方法 将不能满足在用于蜂窝电话用途的燃料电池/蓄电池混合电源中的燃料 电池l-2cc体积的需求。在上述的专利申请中描述的3D微型燃料电池 结构试图通过提供更大的表面积增大功率密度来解决该问题，并且通 过按需增加燃料电池模块提供功率输出的模块方法。然而，为了实现 电源的整体高能量密度，高能量密度燃料供给需要适应小体积。在用于便携式电源应用例如蜂窝电话的具有高能量密度的微型燃 料电池的研发中，高能量密度燃料源和受控制的燃料(典型地为氢) 的传输是两个重要的问题。氢供给的己知选择例如H2存储在压縮的圆 筒、碳纳米管、金属氢化物或金属有机框架中，氢存储的量都是有限 的并且典型地能量密度低，对于特定应用它们没有竞争性。氢在化学 氢化物中的存储是具有吸引力的，但是需要受控的从化学氢化物中释 放氢气的方法。 一旦释放，氢气的存储也是困难的。生产过剩引起的 泄露(除了环境考虑外)降低能量密度，而且生产不足降低燃料电池 输出。因此，需要控制生产/流动速率。此外，生产过剩(材料的快速 化学消耗)导致高温，这对材料的寿命和使用者舒适都不利。进一步希望维持小体积同时避免功耗。因此，希望提供一种包含燃料源和水的紧凑且有效率的存储装置， 以受控方式向微型燃料电池提供燃料。而且，结合本专利技术的附图和该
技术介绍
，本专利技术的其他合乎需要的特征和特性将从随后的具体实施 方式和所附权利要求书中变得显而易见。
技术实现思路
一种紧凑且有效率的存储装置包含燃料源和水，用于向微型燃料 电池提供氢燃料。该存储装置包括限定燃料源室和多个水室的外壳， 及位于每个水室中的一个或多个含水的聚合物晶体。燃料源，例如与 催化剂混合的化学氢化物，位于燃料源室中，其中有选择地允许每个 水室中的水移动到燃料源室中接触固体燃料，由此以所需要的流量和 温度产生氢燃料。导管将外壳中产生的氢燃料提供给燃料电池。附图说明下面结合下列附图对本专利技术进行描述，其中相同的附图标记表示 相同的部件，以及图1是示例性实施方案的俯视剖视图。图2是并入示例性实施方案的混合电源的透视图。图3是示例性实施方案的俯视剖视图和燃料电池的框图。图4是示出混合水和燃料源的已知方法的燃料流量和温度的曲线图。图5是示出示例性实施方案的燃料流量和温度的曲线图。 图6-13是示出根据本专利技术的示例性实施方案制造的层的部分剖视图。图14是图13的部分剖视俯视图。 具体实施例方式下面的具体实施方式实质上仅仅是示例性的并且不是要限制本发 明或本专利技术的应用和用途。而且，不受上面的
技术介绍
或下面的具体 实施方式中提到的任何理论束缚。这里对用于微型燃料电池的高能量密度燃料源和受控制的燃料传 输进行描述。在多个室中，水存储在过分吸附的聚合物晶体中或者水 凝胶材料中。有选择地"打开"每个室，那么水会移动并且与固体燃料混合，在低温和低速率下将氢提供给微型燃料电池。燃料密集且紧 凑，因此是保存空间，并且水方便包裹用于长时间存储。在该应用中， 对燃料(固体燃料源)的选择、以方便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于存储燃料源和水，以向燃料电池提供燃料的存储装置，该存储装置包括：　限定燃料源室和多个水室的外壳；　位于每个所述水室中的至少一个含水的聚合物晶体；　位于所述燃料源室中的固体燃料；　其中有选择地允许每个所述水室中 的水移动到所述燃料源室中接触所述固体燃料，从而以所需要的流量和温度产生所述燃料；以及　将所述外壳中产生的所述燃料提供给所述燃料电池的导管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔达里R科里佩拉，戴夫P比科，阿莉森M费希尔，比利J米兰，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]