燃料电池制造技术

公开了燃料电池及操作燃料电池的方法。在一个方面，本发明专利技术的特征在于用于燃料电池的燃料源包括具有出口的外壳、其一部分处在外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面、以及外壳内的燃料。所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与出口流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池及操作该电池的方法。燃料电池是能够由典型地在两个或多个反应物之间发生的电化学反应提供电能的装置。通常，燃料电池包括称为阳极和阴极的两个电极和设置在所述电极之间的固体电解质。阳极包含阳极催化剂，阴极包含阴极催化剂。诸如膜电解质的电解质典型地为离子导电而非电子导电。可将电极与固体电解质设置在两个气体扩散层(GDL)之间。在燃料电池工作期间，反应物流向合适的电极。在阳极，反应物(阳极反应物)与阳极催化剂相互作用并形成反应中间体，例如离子和电子。离子反应中间体可通过电解质由阳极流向阴极。然而，电子是通过电连接阳极和阴极的外部负荷由阳极流向阴极。当电子流过外部负荷时提供了电能。在阴极，阴极催化剂与其它反应物(阴极反应物)、在阳极上形成的中间体和电子相互作用以完成燃料电池反应。例如，在一种类型的燃料电池(有时称为直接甲醇燃料电池(DMFC))中，阳极反应物包括甲醇和水，阴极反应物包括氧气(例如，来自空气)。在阳极，甲醇被氧化；在阴极，氧气被还原(1)(2)(3)如反应式(1)所示，甲醇的氧化生成二氧化碳、质子和电子。质子通过电解质由阳极流向阴极。电子通过外部负荷由阳极流向阴极，从而提供电能。在阴极，质子和电子与氧气反应生成水(反应式2)。反应式3显示总的燃料电池反应。本专利技术涉及燃料电池及操作该电池的方法。在一个方面，本专利技术的特征在于一个具有燃料源和燃料(如燃料凝胶)的燃料电池系统，如DMFC系统，所述燃料源包括蒸汽传输元件，所述燃料能够排放气相燃料。蒸汽传输元件能够提供高表面积，与燃料的相对恒定的界面，从而可提供相对恒定的燃料递送。此外，高表面积的界面与气相中的燃料递送的组合增强了燃料源的几何形状及定向灵活性。例如，燃料源不必匹配燃料电池的面积占用区域。蒸汽相燃料递送还可减弱燃料由阳极向阴极的移动(例如甲醇穿透)，这会造成寄生损失(和减少的运行时间)以及在阴极的混合电势(和减少的输出功率)。此外，燃料源能够以良好地防止泄漏的小体积设计提供这些特征。在一些实施方案中，燃料电池系统包括一个或多个气体驱动器，所述气体驱动器可主动调节气相燃料的流动并进一步增强系统的性能，例如燃料源的定向灵活性。可供选择地或另外地，燃料电池系统可包括一个或多个调节气相燃料流动的限制机构。在一个方面，本专利技术的特征在于用于燃料电池的燃料源，所述燃料源包括具有出口的外壳；其一部分处于外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与腔体流体连通的开口的表面；以及外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与出口流体连通。实施方案可包括一个或多个以下特征。所述结构体包括细长管并且所述腔体是该管的内腔。所述外壳具有入口，并且所述燃料源还包括与入口流体连通的扩散管。外壳包括阻燃材料。所述外壳被构型以与燃料电池系统接合。所述开口被构型以减弱非气体燃料流过该开口。所述燃料源在外壳内包括多个结构体。所述结构体包括疏水材料。所述燃料源还包括与出口和/或阀门(如狭口阀)流体连通的扩散管，这些出口和/或阀门能够选择性地减弱流体流过扩散管。所述燃料源还包括与燃料流体连通的二氧化碳吸气剂。所述燃料包括凝胶和/或液体。所述燃料包含醇，例如甲醇。在另一个方面，本专利技术的特征在于燃料源，所述燃料源包括具有出口的外壳；其多个部分处在外壳内的多个细长管，每个管限定内腔并具有限定多个开口的表面；以及在外壳内包括凝胶的燃料，所述燃料通过管的开口及内腔与出口流体连通，其中所述燃料源被构型以与燃料系统流体连通。所述燃料可包含甲醇。在另一个方面，本专利技术的特征在于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池；与燃料电池流体连通的燃料源，述燃料源包括含醇的燃料；以及沿着流体流动通道处于燃料电池和燃料源之间的气体驱动器。实施方案可包括一个或多个以下特征。所述燃料源包括具有出口的外壳，且气体驱动器(如鼓风机)沿着流体流动通道处于出口和燃料电池之间。燃料源包括具有入口的外壳，且气体驱动器沿着流体流动通道处于入口和燃料电池之间。燃料电池系统还包括沿着流体流动通道处于燃料电池和燃料源之间的扩散管。燃料电池系统还包括沿着流体流动通道处于燃料电池和燃料源之间的阀门。所述燃料源包括凝胶。燃料源可包括具有出口的外壳、所述外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面、以及在所述外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与出口流体连通。燃料源可包括具有出口的外壳；在所述外壳内的多个细长管，每个管限定内腔并具有限定与所述内腔流体连通的多个开口的表面；以及在所述外壳内包括凝胶的燃料，所述燃料通过所述管的开口及内腔与出口流体连通。在另一个方面，本专利技术的特征在于操作燃料电池系统的方法，所述方法包括使燃气流过其一部分处在燃料源内的结构体的开口及腔体；并使燃气接触燃料电池的阳极。实施方案可包括一个或多个以下特征。所述方法包括使燃气流过其多个部分处在燃料源内的多个结构体的多个开口及多个腔体。所述结构体包括细长管。所述方法还包括使燃气流过扩散管；用阀门限制燃气；将燃气由燃料源鼓风至燃料电池；和/或将气体由燃料电池系统的出口鼓风至燃料源，并使所述气体接触燃料。燃料源包括液体燃料或凝胶燃料，例如包括甲醇的一种燃料。在另一个方面，本专利技术的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括将燃气从燃料源鼓风至燃料电池，所述燃料源包含醇；并使燃气接触燃料电池的阳极。实施方案可包括一个或多个以下特征。所述方法还包括使燃气流过扩散管和/或减弱燃气的流动。燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。在另一个方面，本专利技术的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括将气体从燃料电池系统的出口鼓风至燃料源；并使气体与燃料源中的燃料接触，所述燃料包含醇。所述方法还包括使气体流过扩散管，使气体接触干燥剂或二氧化碳吸气剂，和/或减弱气体的流动。燃料源可包括液体燃料或凝胶燃料。在另一个方面，本专利技术的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括使燃气流过其多个部分处在燃料源内的多个结构体的多个开口及多个腔体；将燃气从燃料源鼓风至燃料电池；并使燃气接触燃料电池的阳极。实施方案可包括一个或多个以下特征。所述方法还包括使燃气流过扩散管；减弱燃气的流动；将出口气体由燃料电池鼓风至燃料源，并使出口气体接触燃料源内的燃料；使出口气体流过扩散管；和/或减弱出口气体的流动。所述燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。通过所述附图、说明和权利要求，本专利技术的其它方面、特征和优点将显而易见。附图说明图1是燃料电池系统的一个实施方案的示意图。图2是燃料源的一个实施方案的图示。图3是燃料源的一个实施方案的示意图。图4是燃料源的一个实施方案的示意图。图5是燃料源的一个实施方案的图示。图6A、6B和6C是气体扩散器的图示。参照图1，示出的是燃料电池系统20，例如直接甲醇燃料电池(DMFC)系统。燃料电池系统20包括燃料电池组22；与燃料电池组流体连通的燃料源24(例如，包含甲醇的盒子)；与燃料电池组和燃料源流体连通的两个气体驱动器26和28；以及空气驱动器30。为了图示说明的目的，燃料电池组22显示具有一个燃料电池32(下文进行描述)，但在其它实施方案中，燃料电池组包括多个燃料电池32，例如串连或并联排列。简单地讲，燃料电池32包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的燃料源，所述燃料源包括：具有出口的外壳；其一部分处在所述外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面；和在所述外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口和腔体与所述出口 流体连通。

【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：AG吉里辛斯基，BL赫斯，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]