[发明专利]用于燃料电池系统的流体接口模块

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于燃料电池系统的流体接口模块，并且更具体地说，涉及一种处于移动燃料电池电源内并且适于连接到氢气源的整合流体接口模块。

背景技术

燃料电池是直接将反应物(也就是，燃料和氧化剂)的化学能转化成直流(DC)电的装置。对于越来越多的应用而言，燃料电池比常规发电(如化石燃料的燃烧)以及便携式电力存储(如锂离子蓄电池)更为有效。详细而言，燃料电池的一个用途是作为便携式或移动消费电子装置的移动电源，所述消费电子装置诸如手机、智能电话、个人数字助理、个人游戏装置、全球定位装置、充电式蓄电池等。

已知的燃料电池包括碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和酶燃料电池。燃料电池一般通过氢气(H₂)燃料运转，并且它们也可消耗非纯氢气燃料。非纯氢气燃料电池包括直接氧化燃料电池，如使用甲醇的直接甲醇燃料电池(DMFC)，或在高温下使用碳氢化合物的固体氧化物燃料电池(SOFC)。氢气燃料可以用压缩的形式存储或者存储在化合物(如酒精或碳氢化合物)内或其他含氢材料内，所述含氢材料可重新形成或转化成氢气燃料和副产物。氢气也可存储在化学氢化物中，如硼氢化钠(NaBH₄)，其与水或酒精反应而产生氢气和副产物。氢气也可在第一压力和温度下被吸附或吸收在金属氢化物(如五镍化镧(LaNi₅))中并且在第二压力和温度下被释放到燃料电池。氢气也可经由金属氢化物(如氢化镁(MgH₂))的热分解反应进行释放。

大多数低温氢气燃料电池具有质子交换膜或聚合物电解质膜(PEM)，所述质子交换膜或聚合物电解质膜允许所述氢原子的质子穿过但迫使电子穿过外部电路，所述外部电路可有利地为智能电话、个人数字助理(PDA)、计算机、电动工具或使用电子流或电流的任何装置。燃料电池反应可表示如下：

在燃料电池阳极处的半反应：

H₂→2H⁺+2e^-

在燃料电池阴极处的半反应：

2(2H⁺+2e^-)+O₂→2H₂O

一般来说，PEM由充当电解质的质子交换聚合物或其他合适的膜制成，其中所述质子交换聚合物诸如可从杜邦公司(DuPont)购得的其为全氟磺酸聚合物。所述阳极通常由特氟龙(Teflonized)碳纸支撑物制成，所述碳纸支撑物上沉积有催化剂(如铂钌)薄层。所述阴极通常为气体扩散电极，其中铂颗粒结合到所述膜的一侧。

专利和科学文献公开了很少量的包括氢气燃料产生、流体控制、设备平衡和电力产生的、完整且可商业化的燃料电池系统。所述文献没有论述用于燃料电池系统，特别是移动燃料电池系统的流体接口系统。因此，仍然存在对此类燃料电池系统的需求。

发明内容

本发明针对一种用于燃料电池系统的整合流体接口系统或模块，所述整合流体接口系统或模块与燃料源(如氢气)匹配、将引入的燃料压力调节成可供燃料电池使用的较低压力而且在用户开启或关闭所述燃料电池系统时将所述燃料电池中的燃料充气室放气。不需要用户做其他动作。在一个实施方案中，所述整合流体接口模块具有单个开关或开启/关闭按钮以便启用所述模块上的所有流体部件。

本发明还针对一种用于燃料电池系统的被动整合接口系统或模块，所述被动整合接口系统或模块无需由控制器或微处理器主动控制即可执行先前段落中所论述的功能，除了通过用户、引入燃料(如氢气)的压力以及燃料电池产生的电力进行开启/关闭启用之外无需由电源供电。此类电源包括但并不限于内部或外部蓄电池或来自所述燃料电池系统供电的设备的电力。

本发明也涉及操作燃料电池系统的方法，其中所述燃料电池系统在系统启动时放气或排气。当阳极充气室被完全放气并且其内含物由燃料替换时，放气便自动停止。本发明也涉及一种发明性放气阀，所述放气阀是手动开启但是在燃料电池产生的电力达到预定水平(例如，稳定状态或接近稳定状态)时便自动关闭。所述放气阀可在系统启动时打开，或者可在系统停机时打开，从而使得所述放气阀做好准备并且在下次启动时将燃料电池系统放气。在一个实施方案中，所述发明性放气阀被机械地致动或准备打开并且被电气地致动来关闭。