[发明专利]用于氢燃料发电装置的燃料电池堆

说明书

【发明背景】

类似于普通电池，燃料电池用于通过化学反应生产电能。不像普通电池储 存反应物那样，燃料电池是通过为电池持续提供反应物而运作的。在一个典型 的燃料电池中，氢气作为一种反应物，而氧气作为另一种反应物，这两种反应 物在电极处发生反应，以便形成水分子并且以直接电流的形式释放能量。只要 提供氢气和氧气，该装置及过程可以连续生产电能。虽然氧气可以储存或者来 自空气，但氢气是由其他化合物通过可控化学反应而产生的，而非来自储存的 氢气，这种氢气可能需要压缩或超低温冷却。随着燃料电池技术发展，产生应 用于燃料电池的氢气的手段也在发展。

产生氢气的一个手段是通过活性化学氢化物。此过程需要由干燥、高反应 活性的固体通过其与水反应来化学合成氢气。特别适合此过程的化合物是氢化 锂、氢化钙、氢化铝锂、氢硼化钠及其组合物，每一化合物都能释放大量氢气。

已发现，来自化学氢化物和液态水的反应产物一般形成饼状或糊状物，其 妨碍活性化学物与液态水或酸的进一步反应。

此外，化学氢化物与液体的反应会难以控制，并且通常会导致生成多于开 动小型电子装置所需要的氢气。

为了解决此问题，引入氢燃料能与水蒸气而非液态水反应的方法，在许多 氢气发生器设计中，精巧的发电装置系统用于调节与化学燃料反应的水蒸气以 及调节水蒸气与化学燃料的反应速率。

【附图简要说明】

图1是根据一个示例性实施方案的燃料芯块的剖面图。

图2是根据一个示例性实施方案的包含燃料芯块的发电装置的剖面图。

图3是根据一个示例性实施方案的正在开裂的燃料芯块化学氢化物的剖面 图。

图4是根据一个示例性实施方案的多个正在开裂的燃料芯块化学氢化物部 段的剖面图。

图5是根据一个示例性实施方案的多个具有小孔的燃料芯块部段的剖面图。

图6是根据一个示例性实施方案的具有多孔的柱状燃料芯块的剖面图。

图7A和7B是根据一个示例性实施方案的具有燃料电池堆的发电装置顶部 及底部的剖面图。

图7C是图7A所示的发电装置顶部示意图的局部剖视图。

图8是根据一个示例性实施方案的阳极面罩的俯视图。

图9是根据一个示例性实施方案的具有孔洞的多图案阳极的图示。

图10是根据一个示例性实施方案的图9的放大图。

图11示出根据一个示例性实施方案的具有阳极气体扩散层的粘着层。

图12示出根据一个示例性实施方案的离子交换膜层。

图13示出根据一个示例性实施方案的包含阴极层气体扩散层的双面粘着 层。

图14示出根据一个示例性实施方案的具有多孔电极的阴极图案。

图15示出根据一个示例性实施方案的阳极面罩。

图16示出根据一个示例性实施方案的使用图15的面罩的多个阳极图案。

图17是根据一个示例性实施方案的燃料电池堆的立体分解图。

【具体说明】

下面的描述将参考构成本文的一部分的附图，在附图中以图解方式示出可 以被实施的具体实施方式。这些实施方案被非常详细地描述，以便本领域普通 技术人员能够实施本发明，并且应理解，其它实施方案可以被应用并且在不背 离本发明范围的情况下可以进行结构的、逻辑上的和电学上的改变。因此，下 面描述的示例性实施方案不是限制性的，并且发明的范围在从属权利要求中限 定。

本文描述了由化学氢化物、金属氢化物和选择性透过膜组成的燃料芯块。 化学氢化物部分可以划分为若干有气体空间在其间的部分，以帮助水蒸气和氢 气的运输。在一个实施方案中，化学氢化物在接触水蒸气的同时生成氢气，金 属氢化物根据温度和氢气压可逆地吸收/释放氢气。在各种实施方案中，燃料芯 块氢化物提供大量可释放用于燃料电池的氢气的贮存，金属氢化物提供更高水 平的用于更高要求脉冲间隔的氢气。选择性透过膜是水不可透而氢气和水蒸气 可透的膜。它也可以提供一定容积以帮助燃料芯块保持期望的形状，和防止燃 料颗粒离开芯块并污染发电装置。期望的形状包括那些适合现有的和将来的普 通形式电池。在另外的实施方案中，燃料芯块可开裂以进一步帮助水蒸气和氢 气的运输。