[发明专利]燃料电池组

说明书

发明背景

在一些现有的基于质子交换膜(proton exchange membrane(PEM)) 燃料电池的电力发生器中，使用气动阀来控制给氢氧PEM燃料电池 供料的氢气发生化学反应。阀门构成电力发生器容积和重量的相当大 部分，并因此降低了电力发生器的能量密度和比能(specific energy)。

PEM燃料电池利用简单的化学反应将氢和氧结合成水，并在该过 程中产生电流。氢气可通过燃料(诸如氢化铝锂)和水蒸气之间的化学 反应产生。在阳极，氢气分子被铂催化剂电离并放出电子。PEM允许 质子流过，但不允许电子流过。因此，氢离子经过PEM流到阴极， 而电子经过外部电路流动。当电子穿过外部电路迁移时，它们通过给 电气装置(诸如电动机、灯泡或电子电路)供电而做有用功。在阴极， 电子和氢离子与氧结合形成水，反应的副产物为水和热量。

在一些电力发生器中，水倾向于在阴极积聚。水会阻塞孔隙，并 由此阻塞反应物(reactant species)的通道，导致发电减少。

附图简述

图1是基于示范性实施例的电力发生器的截面图。

图2是基于示范性实施例的电力发生器的俯视截面图。

图3A是基于示范性实施例的燃料电池组的截面图。

图3B是基于示范性实施例的备选燃料电池组的截面图。

图4是基于示范性实施例的燃料电池组的透视图。

图5是基于示范性实施例的备选电力发生器的截面图。

详细描述

在以下描述中，参考了构成其一部分的附图，并在图中通过图解 说明显示了可能实施的具体实施例。这些实施例以足够的细节进行了 描述，使得本领域的技术人员能够实施本发明，并且应当理解，可以 利用其它实施例，并且在不背离本发明范围的前提下可进行结构、逻 辑或电气方面的修改。因此，以下描述不能从限制性的意义上理解， 并且本发明的范围由所附的权利要求限定。

详细描述描述了多个实施例，包括可包括水循环的无阀门电力发 生器。

图1是电力发生器100的前视截面图。图2是电力发生器100的 俯视截面图。电力发生器包括暴露于空气的燃料电池组110。电力发 生器100在一个实施例中构造为带有两个端部并且包围燃料120的中 空圆筒。用于电力发生器形状的其它几何结构包括矩形实体、球体及 其它非几何的形状。在一个实施例中，燃料为由发生堆(generating stack) 用来发电的氢气发生燃料。在一个实施例中燃料包括氢气和多孔的金 属氢化物燃料。燃料电池组110与来自空气的氧结合生成水和电。

如果产生了过量的氢气，则压力释放阀130可用来释放压力。释 放阀可定位于电力发生器上，带有通往由燃料产生的氢气的通道。燃 料多孔的特性允许释放阀定位于电力发生器的一端。在一个实施例 中，压力释放阀130起到防止爆炸的安全阀的作用。在一个实施例中， 如果电力发生器的内压力上升到高于预定值，诸如高于周围环境压力 10PSI到100PSI，则压力释放阀130将氢气排出到大气或周围环境中。 内压力释放之后，阀门可关闭，使得电力发生器能够恢复正常运行。

图3A显示燃料电池组300的截面图。阴极集电器(cathode current collector)305形成于燃料电池组300的外侧并暴露于空气。孔隙形成 于集电器305中，以允许空气穿过。阴极气体扩散层(gas diffusion layer (GDL))310与阴极集电器联接。疏水微孔层(micro porous layer)315形 成于阴极GDL上并将阴极GDL310与涂覆催化剂的质子交换膜 (PEM)(诸如膜层320)隔开。

亲水微孔层325将层320与阳极GDL 330隔开，阳极GDL 330 本身又与阳极集电器335联接。阳极集电器335具有形成于其中的孔 隙，以允许氢气穿过到达阳极。阳极集电器335被水蒸气和氢气可透 过的膜340隔开。膜340是液态水和微粒不可透过的，膜340用来将 燃料345与阳极集电器335隔开。阴极与氢气发生燃料之间的层用来 将阴极与包含燃料345的氢气发生器隔开，当暴露于水蒸气时燃料345 产生氢气并提供扩散通道。