用于电化学池的盖及相关方法技术

技术编号:4894311 阅读:148 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术的实施方案涉及包括影响反应物流进入电化学池阵列的盖的电化学池系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术优先权根据35U.S.C. § 119(e),本非临时申请要求于2008年1月17日提交的美国临时 专利申请序列61/021,822的优先权,该美国临时专利申请序列通过引用结合在本文中。背景电化学池系统比如燃料电池系统,已经被认定为用于许多应用的引人注目的电 源。系统周围和接近系统的环境条件都可以影响电化学池的运转和性能。接近电化学池的 有利环境可以改善池性能。作为实例,湿度、温度、反应物的传质、以及在电化学池中存在的 污染物质或污染物水平可以影响池的性能。目前,可以将子系统整合到电化学池系统中来控制电化学池的运转参数并提供在 电化学池中所想要的条件。例如,在一些燃料电池系统中,存在用于调节燃料电池内部条件 的外部增湿系统,加热器和冷却回路(cooling loops),以及反应物输送泵和流场。备选地, 已设计了这样的燃料电池系统,其通过整合用于被动(passive)控制内部条件的特征而使 辅助组件的使用最小化。例如,已经开发了具有用于燃料电池的平面结构的燃料电池,其提 供用于接收反应物的被动供氧(passive breathing)表面。保水阻挡层可以用于控制燃料 电池的水分蒸发。常规地,保水阻挡层包括被设置在活性区(active areas)上方的多孔材 料和在燃料电池周界密封的非渗透性框架。主动控制系统可能导致大量的寄生功率(parasitic power)损失和更大的总台面 面积(footprint)。此外,试图被动控制内部条件的现存技术仍然表现出膜脱水和显著的性 能损失。对于使用流场的燃料电池,虽然网状(net)自增湿环境是可能的,但是由于在整个 燃料电池中的不均勻的水含量和局部的热点,总性能也可以是低的。对于平面燃料电池结 构,被动供氧表面的水分蒸发仍然可能导致膜脱水,并且其性能仍然被膜中不足的水含量 所限制。附图简述在不必要按比例绘制的附图中,相同标记在所有数幅图中都表示基本上相似的组 件。具有不同字母后缀的相同标记表示基本相似组件的不同情况。所述附图主要通过实例 而非限制的方式举例说明在本文中讨论的各种实施方案。附图说明图1举例说明了现有技术电化学池系统的横截面视图。图2举例说明了根据一些实施方案,包括可拆除盖(off-set cover)的电化学池 系统的横截面视图。图3举例说明了根据一些实施方案,包括具有任选多孔层的可拆除盖的电化学池 的横截面视图。图4举例说明了根据一些实施方案,包括具有任选多孔层的可拆除盖的电化学池 系统的横截面视图。图5举例说明了根据一些实施方案,通过使用可拆除盖的电化学池供电的电子设 备的透视图。图6举例说明了根据一些实施方案,使用可拆除盖的电子设备的透视图。4图7举例说明了根据一些实施方案,将反应物输送到电化学池阵列的方法的流程 框图。图8举例说明了根据一些实施方案,所计算的扩散长度相对于间隙高度的模拟结 果的图解图。专利技术概述本专利技术的实施方案涉及电化学池系统。所述系统包括电化学池的阵列,所述电 化学池阵列包括反应表面,该表面具有一个或多个活性区域和一个或多个低活性区域 (less-active region),所述一个或多个低活性区域与所述一个或多个活性区域接触。该 系统还包括盖,所述盖包括传输层,该传输层具有一个或多个传输阻挡区域和一个或多个 开口区域。所述传输阻挡区域接近于活性区域,而开口区域接近于低活性区域。实施方案还涉及包括传输层的电化学池阵列盖,其包括传输层,所述传输层包括 一个或多个传输阻挡区域和一个或多个开口区域。所述传输阻挡区域覆盖电化学阵列中的 一个或多个电化学池的一个或多个活性区域。实施方案还涉及用于操作电化学池阵列的方法,所述方法包括通过盖中的开口 区域使电化学池阵列的活性区域与反应物流体接触;和通过使用盖抑制产物流体从局部环 境中被移除。专利技术详述以下详述包括对附图的引用,所述附图构成详述的一部分。所述附图通过举例说 明的方式显示了其中可以实施本专利技术的具体实施方案。这些实施方案在此也称作“实施 例”。在本文中提到的所有出版物,专利以及专利文件通过引用以全文形式结合在本文中, 如同单独地通过引用结合。如果本文与通过引用结合的文件之间有不一致的用法,所结合 的参考文件中的用法应该视为在本文中用法的补充;对于不能协调的不一致,对照本文中 的用法。在本文中,如在专利文件中通常的是,不定冠词“a”或“an”用来包括一个或多于 一个,不依赖于任何其它的情况或“至少一个”或“一个或多个”的用法。在此文件中,术语 “或”用来表示非排他性的,因而“A或B”包括“A而非B”、“B而非A”以及“A和B”,除非另 外指出。在后附权利要求中,术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应 术语“包含(comprising)”和“其中(wherein) ”的通俗英语等价物。并且,在下列的权利 要求中,术语“包括”和“包含”是开放式的,即,包括除权利要求中这样的术语之后所列举 的那些之外的要素的系统、设备、制品或方法仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外, 在后附权利要求中,术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用来作为标记,而不意为对它们的 物体强加数值条件。本专利技术的实施方案涉及用于电化学池阵列和相关系统的盖。本专利技术涉及在电化学 池阵列的活性区域和整合在盖中的传输阻挡区域之间的新结构关系,这出乎意料地改善了 性能。具体地,盖的传输阻挡区域被布置成接近电化学池的活性区域以在活性区域和外部 环境之间提供传输屏障。传输阻挡区域可以遮挡全部或部分的活性区域。在一些实施方案 中,电化学池可以是燃料电池。常规地,在较高电流密度的条件下操作电化学池比如燃料电池典型地有利于,通许向活性区输送充足的反应物。所述间接流路可以有利于跨过活性区域提供更有利条件以改善燃料电池性能的 微气候或局部环境。此间接流路可以有效地减少对正交于反应表面的活性区域的传输并增 加对反应表面平面内活性区域的传输,并且还可以包括通过多孔层的弯曲流。间接流与电 化学池活性区域的周界的全部或仅一部分接触。可以将盖整合在便携设备的外壳中,例如这描述于题目为“由整合的燃料电池供 电的设备(Devices powered by conformable fuel cells) ”的共同拥有美国专利申请公 布2007/0090786中,和题目为“具有外部支撑体的柔性燃料电池(Flexible fuel cells having external support) ”的共同拥有美国专利申请公布2006/0127734中,所述美国 专利申请公布的全部公开内容通过引用结合在此。可以将盖设置在燃料电池的被动反应 物输送表面上。燃料电池的结构可以是平面型的,尽管盖能够遵照任何合适的结构。这样 的燃料电池的实例可以在以下文献中找到题目为“具有在电化学反应层下的载流结构的 电化学池(ELECTROCHEMICAL CELLS HAVING CURRENT-CARRYING STRUCTURES UNDERLYING ELECTROCHEMICAL REACTION LAYERS) ”的共同拥有美国专利申请公布2005/0250004中,或 2008年9月25日提交的题目为“包括节省空间的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学池系统,所述系统包括:电化学池的阵列,所述电化学池的阵列包括反应表面,所述表面具有一个或多个活性区域和一个或多个低活性区域,所述一个或多个低活性区域与所述一个或多个活性区域接触;和盖,所述盖包括传输层,所述传输层具有一个或多个传输阻挡区域和一个或多个开口区域;其中所述传输阻挡区域接近于所述活性区域,并且所述开口区域接近于所述低活性区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-1-17 61/021,822一种电化学池系统,所述系统包括电化学池的阵列,所述电化学池的阵列包括反应表面,所述表面具有一个或多个活性区域和一个或多个低活性区域,所述一个或多个低活性区域与所述一个或多个活性区域接触;和盖,所述盖包括传输层,所述传输层具有一个或多个传输阻挡区域和一个或多个开口区域;其中所述传输阻挡区域接近于所述活性区域,并且所述开口区域接近于所述低活性区域。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述传输阻挡区域基本上与所述活性区域对齐。3.根据权利要求1所述的系统,其中所述开口区域基本上与所述低活性区域对齐。4.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述电化学池包括燃料电池。5.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述一个或多个低活性区域分隔相邻的 活性区域。6.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述电化学池包括原电池、电解电池、电 解槽或它们的组合。7.根据权利要求4所述的电化学池系统,其中燃料电池包括质子交换膜燃料电池、直 接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电 池或它们的组合。8.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述电化学池包括金属_空气电池。9.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述一个或多个活性区域包含一种或多 种催化剂。10.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述盖是可拆除的。11.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述盖被整合到用于便携式设备的外壳中。12.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述一个或多个传输阻挡区域基本上 不能渗透水。13.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述一个或多个传输阻挡区域基本上 不能渗透空气。14.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述一个或多个传输阻挡区域的至少 一部分是导电的、导热的或它们的组合。15.根据权利要求14所述的电化学池系统,其中所述传输阻挡区域的传导性部分与所 述反应表面的至少一部分电绝缘。16.根据权利要求1所述的电化学池系统,其中所述一个或多个传输阻挡区域是电绝 缘的、热绝缘的或它们的组合。17.根据权利要求1所述的电化学池系统,其还包括多孔层。18.根据权利要求17所述的电化学池系统,其中所述多孔层被设置在所述盖和所述电 化学池的阵列之间。19.根据权利要求17所述的电化学池系统,其中所述多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员:杰勒德F麦克莱恩杰里米舒滕肖恩李斯特
申请(专利权)人:安格斯乔动力公司
类型:发明
国别省市:CA

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