[发明专利]燃料电池系统

说明书

本申请要求以下专利申请的优先权：2011年2月11日提交的、题为“Fuel Cartridge”的美国临时专利申请61/442,043，2011年2月11日提交的、题为“Fuel Pellet for Use in Hydrogen Generation Systems”的美国临时专利申请61/442,104，2011年2月11日提交的、题为“Liquid Dosing Fuel Generator”的美国临时专利申请61/442,130，2011年2月11日提交的、题为“Method and Apparatus for Reducing Hydrogen Venting”的美国临时专利申请61/442,098，以及2011年2月11日提交的、题为“Method and Apparatus for Generating Electrical Power from a Chemical Energy Source”的美国临时专利申请61/441,996。通过引用的方式，将所有的5个母专利作为整体合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及燃料电池系统，特别涉及一种包括燃料电池和氢产生装置的系统。对氢进行调整，并将其输送到燃料电池，在燃料电池中，氢被转换成能够用于为任何电子装置供电或者为电池充电的电能。

背景技术

燃料电池是将反应物的化学能，即，燃料和氧化剂，直接转换为直流（DC）电的装置。随着越来越多的应用，燃料电池比传统的能量产生（例如，燃烧化石燃料，以及便携式蓄电，例如，锂离子电池）更加有效。特别的，燃料电池的一个应用是为消费类电子装置（例如，蜂窝电话、个人数字助理、个人游戏装置、全球定位装置、充电电池等）补充电荷。

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。燃料电池一般使用氢（H2）燃料，并且它们也可消耗非纯氢燃料。非纯氢燃料电池包括直接氧化燃料电池，例如，使用甲醇的直接甲醇燃料电池（DMFC），或者在高温下使用烃类的固体氧化物燃料电池（SOFC）。氢燃料能够以压缩的形式存储，或者存储于化合物内，例如，醇类或者烃类，或者能够重组或者转换成氢燃料及副产品的其他含氢材料。氢还可存储于化学氢化物中，例如，硼氢化钠（NaBH₄），其与水或者酒精反应，从而产生氢及副产品。氢还可在第一气压和温度下被吸附或者吸收在金属氢化物中，例如，镧镍五（LaNi₅），并在第二气压和温度下，释放到燃料电池。氢还能够通过金属氢化物（例如，氢化镁（MgH₂））和水之间的热解反应来释放。

大多数低温氢燃料电池具有允许氢质子通过，但强制电子通过外部电路的质子交换膜或者聚合物电介质膜（PEM），所述外部电路可有利的为蜂窝电话、个人数字助理（PDA）、计算机、电动工具，或者使用电子流或电流的任何装置。燃料电池的反应可表示如下：

燃料电池阳极处的半反应：

H₂→2H⁺+2e^-

燃料电池阴极处的半反应：

2(2H⁺+2e^-)+O₂→2H₂O

一般来说，PEM由质子交换膜或其他合适的膜制造，所述质子交换膜作为电介质，例如，（），其为全氟磺酸聚合物。阳极通常由聚四氟乙烯粘结的复写纸制造，所述复写纸具有在其上沉淀的催化剂薄层，例如，铂-钌。阴极通常为气体扩散电极，其中，铂粒子粘结到膜的一侧。

现有的专利和科学文献公开了少量完整的并且可商业化的燃料电池系统，其包括氢燃料的产生、射流控制、电场的配套设施以及电能的产生。因此，仍然需要这种燃料电池系统。

发明内容

本发明旨在提出一种燃料电池系统，其包括：氢产生系统和包括燃料电池的发电系统。所述燃料电池系统还可包括气体缓冲器，当产生的氢超过所述燃料电池产生电流所要消耗的氢的数量时，所述气体缓冲器存储由所述氢产生系统产生的氢。所述气体缓冲器可以是可膨胀的、有弹性的或者弹性部件，或者为吸收氢并释放吸收的氢的金属氢化物，或者为存储受压的氢的具有固定容量的缓冲器。所述气体缓冲器可位于所述燃料电池的上游或下游。