[发明专利]具有安全和稳定的氢储存的能量单元

说明书

本发明申请是基于申请日为2012年2月28日，申请号为201280020892.0(国际申请号为PCT/US2012/026950)，发明名称为“具有安全和稳定的氢储存的能量单元”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为61/447,571、2011年2月28日提交的名称为具有安全和稳定的氢储存的能量单元的美国临时申请的权益和优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

技术领域

本发明一般涉及能量，并且尤其涉及一种能够在偏远场所提供电流的能源。特别地，本申请涉及一种用于发电的能量单元，该能量单元提供安全和稳定的氢储存。

相关技术描述

已知从氢产生电流。在已知的应用中，电解槽被用来从水中产生氢气源。据本领域所知，通过电解水能产生氢和氧。当施加足够的能量破坏水中的氧-氢键时，发生水电解反应。

据本领域所知，电解包括一种电化学过程，涉及电解液的分解。电解过程中，电解液分解，例如当外部直流电压施加在两个电极上，即阳极和阴极，该阳极和阴极与电解液接触。电压等于或超过阈值引起电解液的分解和氢-水键的断裂，这个阈值取决于特定的电解液。分解电解液所需的最小电压称为“分解电压”。也可以使用其他工艺电解水，比如光合作用工艺。

此外，根据本领域所知，一些质子交换膜(“PEM”)电解槽通过电解水能够产生氢和氧。PEM电解槽包括电解质材料，该电解质材料包括质子传导聚合物膜。当该膜变湿，其所附带的磺酸脱落，该膜变为酸性并进行质子传导。质子即带正电荷的氢离子穿过该膜，而阴离子即带负电荷的离子不能穿过该膜。

因此，根据本领域所知，当直流电压施加在PEM电解槽提供的电极(即阴极和阳极)时，PEM电解槽将纯水分离为氢和氧。当直流电压超过分解电压时，该电解槽将纯水分裂为氢和氧。用于将水分离为氢和氧的其他技术是已知的。并且，根据本领域所知，燃料电池技术允许使用氢作为燃料来产生电流。例如，作为PEM电解槽的一个功能收集的氢用在燃料电池上。此外，若干单独的燃料电池被组合在一个单元，在本领域称为“燃料电池堆”。燃料电池堆令人满意地实现可观的输出电压和/或电流。因此，为了实现可观的输出电压，若干单独的燃料电池必须组合成称为燃料电池堆的单元。

相邻的燃料电池可以通过分离装置连接，该分离装置可以形成为板。该板可操作地用于提供各个燃料电池之间的电连接。此外，该板能提供朝向及远离各个燃料电池的气体运输。进一步的，由各个燃料电池产生的热量能够通过分离装置板消散。另外，相邻电池可以由分离板密封，从而防止燃料和氧化剂泄露。

在一些已知的实施例中，板连接到燃料电池堆的端部。该板可操作地用于电连接一个或多个外部电路且还可以提供气体流的连接。由于产生热量，一个或多个燃料堆还可以设有冷却，包括通过空气或水的冷却。

在已知的基于氢的燃料电池中，当氢原子接触这个板、有效地从氢原子获得电子从而产生自由电子时就产生了电。氢通常以双氢(H²)分子存在于自然界。每两个双氢分子(2H²)包括4个氢质子和4个自由电子的势能(4H⁺+4e^-)。还已知，氧原子由于氧外层的孤对电子被吸引到带正电荷的氢质子(4H⁺)。氧以双氧(O²)分子存在于自然界。氧原子与氢质子结合，从而产生水原子及游离态自由电子，从而产生电流(4H⁺+4e^-+O²->4H⁺+O²+4e^-->2H²O+4e^-)。使用氢以提供电流的其他技术也是已知的。

此外，在已知的实施例中，各个数量的单独燃料电池决定一个特定的输出电压。这些电池串联电连接，使得增加或减少燃料会分别增大或减小输出电压。已知，总输出电压是由每个燃料电池输出电压的总和决定的。

另外，已知将氢储存为金属氢化物，例如，在某些金属或金属合金的晶格中。根据本领域所知，当氢结合金属(或合金)以产生金属氢化物时，发生放热(产生热量)反应，并且氢被储存。通过应用热到金属氢化物，该氢是可释放的，此后，可使用在燃料电池中。或者，使用负气压或应用小电流可以使氢从金属氢化物中释放。