[发明专利]发电阵列的电池体系结构和控制

说明书

技术领域

这份申请是2006年9月14日申请的美国专利申请第 11/521,593号的部分继续申请，后者是2005年12月29日申请过 但现在放弃的美国专利申请第11/322,760号的继续，该申请是 2004年9月29日申请的美国专利申请第10/953，038号(现在的美 国专利第6,991,866号)和2004年11月9日申请的美国专利申 请第10/985,736号(现在的美国专利第7,029,779号)的继续申请并 且要求给这两份申请的优先权，这两份申请分别是作为1999年 11月24日申请的美国专利申请第09/449,377号(现在的美国专利 第6,312,846号)的继续申请的2001年9月7日申请的美国专利 申请第09/949,301号(现在的美国专利第6，815，110号)的分案申请 和继续申请。这份申请还要求给2006年3月2日申请的美国专 利申请第60/778,584号和2006年3月2日申请的美国专利申请 第60/778,563号的优先权。上述申请和专利的全部教导在此通过 引证被并入。

背景技术

电化学燃料电池不是新的。1839年Alexander Grove发明的电 化学燃料电池最近已成为广泛研发的主题。因为关心环境问题和 能源立法变得强硬，“绿色”能源的开发如果不是必需作为一系 列行动也变得更合理。

在最近十年，研发已指向为各种不同的应用和对应的功率水 平设计的各种不同类型的燃料电池，范围从固定的大发电站(数 千瓦到数兆瓦)，到运输(公共汽车、汽车、摩托车)，到较小的电 子装置(膝上型电脑、移动电话、个人数字助理)。

在美国专利第6,312,846和6,815,110号中，Marsh描述一种 在半导体基体上制造质子交换膜(PEM)燃料电池的方法。使用传 统的半导体制造方法，这样的燃料电池能非常大量地以非常低的 成本在单一的基体上被做得极小。

发明内容

符合本发明的示范实施方案，提供一种使用自己组装的单分 子层(SAM)、微机电系统(MEMS)、“芯片化学 (chemistry-on-a-chip)”和半导体制造技术的组合在基体(优选半导 体晶片)上直接制造可升级的燃料电池阵列的方法和装置。为了 实现各种不同的功率(V*I)特性和受应用驾驭的配置，这些晶片可 能是“堆叠的”(即，串联或并联地电连接在一起)和个别编程的。

本发明的一个实施方案是电池，例如，燃料电池。该电池包 括有第一和第二面的膜片。该膜片有包围一体积的三维几何结 构。该电池可能还有与膜片耦合在膜片处将第一流动路径和第二 流动路径分开的覆盖物。在燃料电池中，第一和第二催化剂可能 分别与第一流动路径和第二流动路径有气体交换而且分别与膜 片的第一和第二面有离子交换。此外，第一电极与膜片第一面上 的第一催化剂电耦合，而第二电极与膜片第二面上的第二催化剂 电耦合。在一个实施方案中，电池可能进一步包括与膜片耦合的 基体。

本发明的一个实施方案是使用电池产生能量的方法。该方法 包括让燃料或氧化剂流过电池的质子交换膜片包围的体积。

本发明的一个实施方案是包括电池阵列的供电芯片。该电池 阵列包括众多有第一面和第二面而且有包围各自的体积的三维 几何结构的膜片。至少一个覆盖物与膜片耦合在膜片处将第一流 动路径和至少一个第二流动路径分开。电池阵列可能还包括分别 与第一流动路径和至少一个第二流动路径有气体交换而且分别 与膜片的第一和第二面有离子交换的第一和第二催化剂。在电池 阵列中，至少一个增压室可能与第一流动路径或至少一个第二流 动路径有气体交换以便分配燃料或氧化剂。为了给电池产生的能 量提供接口，至少一对接线端与电池阵列的至少一个子集的第一 和第二催化剂电耦合。

本发明的一个实施方案是使用供电芯片产生能量的方法。该 方法包括让燃料或氧化剂流过电池阵列的质子交换膜片包围的 体积。