具有安全和稳定的氢储存的能量单元制造技术

根据本申请实施例的能量单元储存至少水和氢。所述能量单元包括可操作地用于从水中提供氢的电解部件，可操作地用于以固体形式安全和稳定的储存氢的氢储存部件和可操作地用于以从氢产生电的燃料电池部件。所述能量单元可以和其他类似的能量单元组合以为所需应用提供持续的能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有安全和稳定的氢储存的能量单元相关申请的交叉引用本申请要求申请号为61/447,571、2011年2月28日提交的名称为具有安全和稳定的氢储存的能量单元的美国临时申请的权益和优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍

本专利技术一般涉及能量，并且尤其涉及一种能够在偏远场所提供电流的能源。特别地，本申请涉及一种用于发电的能量单元，该能量单元提供安全和稳定的氢储存。相关技术描述已知从氢产生电流。在已知的应用中，电解槽被用来从水中产生氢气源。据本领域所知，通过电解水能产生氢和氧。当施加足够的能量破坏水中的氧-氢键时，发生水电解反应。据本领域所知，电解包括一种电化学过程，涉及电解液的分解。电解过程中，电解液分解，例如当外部直流电压施加在两个电极上，即阳极和阴极，该阳极和阴极与电解液接触。电压等于或超过阈值引起电解液的分解和氢-水键的断裂，这个阈值取决于特定的电解液。分解电解液所需的最小电压称为“分解电压”。也可以使用其他工艺电解水，比如光合作用工艺。此外，根据本领域所知，一些质子交换膜（“PEM”）电解槽通过电解水能够产生氢和氧。PEM电解槽包括电解质材料，该电解质材料包括质子传导聚合物膜。当该膜变湿，其所附带的磺酸脱落，该膜变为酸性并进行质子传导。质子即带正电荷的氢离子穿过该膜，而阴离子即带负电荷的离子不能穿过该膜。因此，根据本领域所知，当直流电压施加在PEM电解槽提供的电极（即阴极和阳极）时，PEM电解槽将纯水分离为氢和氧。当直流电压超过分解电压时，该电解槽将纯水分裂为氢和氧。用于将水分离为氢和氧的其他技术是已知的。并且，根据本领域所知，燃料电池技术允许使用氢作为燃料来产生电流。例如，作为PEM电解槽的一个功能收集的氢用在燃料电池上。此外，若干单独的燃料电池被组合在一个单元，在本领域称为“燃料电池堆”。燃料电池堆令人满意地实现可观的输出电压和/或电流。因此，为了实现可观的输出电压，若干单独的燃料电池必须组合成称为燃料电池堆的单元。相邻的燃料电池可以通过分离装置连接，该分离装置可以形成为板。该板可操作地用于提供各个燃料电池之间的电连接。此外，该板能提供朝向及远离各个燃料电池的气体运输。进一步的，由各个燃料电池产生的热量能够通过分离装置板消散。另外，相邻电池可以由分离板密封，从而防止燃料和氧化剂泄露。在一些已知的实施例中，板连接到燃料电池堆的端部。该板可操作地用于电连接一个或多个外部电路且还可以提供气体流的连接。由于产生热量，一个或多个燃料堆还可以设有冷却，包括通过空气或水的冷却。在已知的基于氢的燃料电池中，当氢原子接触这个板、有效地从氢原子获得电子从而产生自由电子时就产生了电。氢通常以双氢（H2）分子存在于自然界。每两个双氢分子（2H2）包括4个氢质子和4个自由电子的势能（4H++4e-）。还已知，氧原子由于氧外层的孤对电子被吸引到带正电荷的氢质子（4H+）。氧以双氧（O2）分子存在于自然界。氧原子与氢质子结合，从而产生水原子及游离态自由电子，从而产生电流（4H++4e-+O2->4H++O2+4e-->2H2O+4e-）。使用氢以提供电流的其他技术也是已知的。此外，在已知的实施例中，各个数量的单独燃料电池决定一个特定的输出电压。这些电池串联电连接，使得增加或减少燃料会分别增大或减小输出电压。已知，总输出电压是由每个燃料电池输出电压的总和决定的。另外，已知将氢储存为金属氢化物，例如，在某些金属或金属合金的晶格中。根据本领域所知，当氢结合金属（或合金）以产生金属氢化物时，发生放热（产生热量）反应，并且氢被储存。通过应用热到金属氢化物，该氢是可释放的，此后，可使用在燃料电池中。或者，使用负气压或应用小电流可以使氢从金属氢化物中释放。以金属氢化物来储氢可能是较优的储存氢的方式，由于它被认为是较安全较容易操作。另外，小体积的金属氢化物可操作地用于储存相当大量的氢，并足以提供大量的燃料以产生电流。然而，储存金属氢化物用于产生电流的已知缺点是每质量的储能密度低，因此，储存箱是相当重的。进一步地，在金属氢化物中储氢通常也需要高压以促使氢原子进入金属晶体结构中。相对较低的压力是必需的以将氢保持在金属氢化物中，通常为450-800psi（磅/平方英寸），然而，甚至这个相对低的储存压力也太高而不被认为是安全的。因此，高压操作产生上述讨论的关于高压储存氢气的相同的安全问题。因此，希望提供一种避免上述与高压操作、安全性、效率及其他问题有关的问题的能量储存单元。
技术实现思路
在优选实施例中，公开了储存水和氢的能量单元。所述能量单元包括电源，所述电源可以被包含在所述单元自身的材料中，如果有需要的话，所述电源提供电用于在第一模式下操作以从水中产生氢。在第二模式下，这种氢被以固体形式安全和稳定的储存在能量单元中。在第三模式下，所述氢被用于发电。根据本专利技术的实施例，能量单元包括：外罩；能量源，所述能量源安装所述外罩内或所述外罩上，并配置为提供电；流体室，所述流体室位于所述外罩内，配置为容纳一定体积的流体；电解元件，所述电解元件位于所述外罩内，电连接到所述能量源，并与所述流体室流体连通，电解室配置为和可操作地用于分解所述流体并提供氢气；氢储存元件，所述氢储存元件位于所述外罩内，连接到所述电解元件，并配置为以固体形式储存氢；和燃料电池，所述燃料电池位于所述外罩内，连接到所述氢储存元件，并可操作地用于使用至少从所述氢储存元件供给的氢来产生电。根据本专利技术实施例的能量系统包括多个能量单元；每个能量单元包括：外罩；能量源，所述能量源安装在所述外罩内或所述外罩上，配置为提供电；流体室，所述流体室位于所述外罩内，配置为容纳一定体积的流体；电解元件，所述电解元件位于所述外罩内，电连接到所述能量源，并与所述流体室流体连通，电解室配置为和可操作地用于分解所述流体并提供氢气；氢储存元件，所述氢储存元件位于所述外罩内，连接到所述电解元件，并配置为以固体形式储存氢；和燃料电池，所述燃料电池位于所述外罩内，连接到所述氢储存元件，并可操作地用于使用至少从所述氢储存元件供给的氢来产生电。每个能量单元与至少一个其他能量单元连接，这样多个能量单元一起操作以所需的电压或电流来提供电。其他特征和优点从下面参照附图的描述中将变得显而易见。附图说明为了说明的目的，在此以附图示出形态，这是目前优选的，然而，可以理解的，本专利技术并不限于示出的明确的配置和工具。本教导的特征和优点将从下面的参照附图的描述中变的显而易见，其中：图1为根据本申请实施例的能量单元的主视和俯视的透视图；图2为图1的能量单元的后视和仰视的透视图；图3为图2所示的能量单元的剖视图；图4为图1-3所示的能量单元的氢储存部件的更详细的视图；图5为图4所示的氢储存部件的剖视图；图6为图4-5的氢储存部件包含的圆锥形机头（ramhead）结构的更详细的视图；和图7示出了根据本申请实施例的能量单元的干燥装置的更详细的视图。具体实施方式根据本文所描述和图示的各个实施例，提供一种便携式极耐用能源，其独立发挥作用以产生例如电流。参照附图，附图中相同的参照数字指相同的元件，图1示出了在能量单元10形式中的能源的主视和俯视图。图2示出了能量单元的后视和仰视图，而图3示出了其剖视图。本文所图示及描述的例子中，氢是指能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.28 US 61/447,5711.一种能量单元，包括：外罩；能量源，所述能量源安装在所述外罩内或所述外罩上，并配置为提供电；流体室，所述流体室位于所述外罩内，配置为容纳一定体积的流体；电解元件，所述电解元件位于所述外罩内，电连接到所述能量源，并与所述流体室流体连通，电解室配置为和可操作地用于分解所述流体并提供氢气；氢储存元件，所述氢储存元件位于所述外罩内，连接到所述电解元件，并配置为以固体形式储存氢，所述氢储存元件包括：圆柱形外壳；螺线管，所述螺线管安装在所述圆柱形外壳的第一端，配置为以所需频率往复运动；圆锥形机头，所述机头连接到位于所述圆柱形外壳中的所述螺线管的自由端，并配置为随着所述螺线管往复运动；和金属氢化物材料，所述金属氢化物材料安置在围绕所述圆柱形外壳的侧面，其中，所述螺线管和所述机头的往复运动驱动氢进入所述金属氢化物材料中；和燃料电池，所述燃料电池位于所述外罩内，连接到所述氢储存元件，并可操作地用于使用至少从所述氢储存元件供给的氢来产生电。2.根据权利要求1所述的能量单元，其中，所述能量源为太阳能能源，配置为和可操作地用于基于太阳光以提供电。3.根据权利要求1所述的能量单元，其中，所述流体室容纳水，并且所述电解元件配置为利用来自所述能量源的电将所述水分离为氢气和氧气。4.根据权利要求3所述的能量单元，其中，所述氧气被引导离开所述外罩。5.根据权利要求1所述的能量单元，其中，所述流体室包括生物燃料，并且所述电解元件配置为利用来自所述能量源的电将所述氢气从所述生物燃料中分离。6.根据权利要求1所述的能量单元，其中，所述圆柱形外壳还包括连接到所述电解元件的进口和连接到所述燃料电池的出口。7.根据权利要求6所述的能量单元，还包括：进口阀门，所述进口阀门安置在所述进口并选择性的打开以允许来自所述电解元件的氢气进入所述圆柱形外壳中；和出口阀门，所述出口阀门安置在所述出口并选择性的打开以允许所述圆柱形外壳中的氢离开进入所述燃料电池。8.根据权利要求1所述的能量单元，还包括：至少一个从所述外罩延伸的凸起；和至少一个凹处，所述凹处形成在所述外罩中，在所述凸起的对面。9.根据权利要求8所述的能量单元，其中，所述至少一个凸起电连接到所述燃料电池和所述能量源中的至少一个，并配置为供应电到外部装置或从外部装置接收电。10.根据权利要求9所述的能量单元，其中，所述凸起与所述流体室流体连通，并配置为提供流体到所述外部装置或从所述外部装置接收流体。11.根据权利要求10所述的能量单元，其中，所述外部装置为根据权利要求1所述的能量单元。12.根据权利要求8所述的能量单元，其中，所述至少一个凹处电连接到所述燃料电池和所述能量源中的至少一个，并配置为供应电到外部装置或从外部装置接收电。13.根据权利要求12所述的能量单元，其中，所述凹处与所述流体室流体连通，并配置为提供流体到外部源或从外部源接收流体。14.根据权利要求13所述的能量单...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·基恩，
申请(专利权)人：尼古拉斯·基恩，
类型：
国别省市：