制造用于氫氣發(fā)生器的包裝燃料單元的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種制造用于燃料單元的包裝的方法、一種包括所述包裝的燃料單元和一種包括一個或多個所述燃料單元的氫氣發(fā)生器。所述包裝包括通過以下步驟制造的包裝帶：在非導電性基板帶中形成孔口，在導體帶中形成導體部分，將基板與導體帶對準，接合導體部分與基板帶以覆蓋所述孔口，和移除所述導體帶中未接合的部分。通過將所述包裝帶段固定至其自身、一個或多個其它段材和/或一個或多個其它包裝組件而形成封閉氫氣產(chǎn)生反應物的包裝。使所述包裝帶中的一個或多個導體部分與一個或多個量的反應物組合物熱接觸，使得熱可以被轉(zhuǎn)移以熱分解所述反應物組合物且產(chǎn)生氫氣。
【專利說明】制造用于氫氣發(fā)生器的包裝燃料單元的方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于提供氫氣的氫氣發(fā)生器，確切地說提供了一種制造用于含有 反應物且用于氫氣發(fā)生器的燃料單元的包裝的方法和一種制造包括所述包裝的包裝燃料 單元的方法。
[0002] 背景
[0003] 對作為便攜式電子裝置的電源的燃料電池電池組的興趣已經(jīng)有所增長。燃料電池 是使用電池外部的材料作為正電極和負電極的活性材料的電化學電池。因為燃料電池不必 含有所有用于發(fā)電的活性材料，所以與其它類型的電池組相比，相對于所產(chǎn)生的電能的量， 燃料電池可以制造得具有較小體積。
[0004] 可以根據(jù)所使用的電解質(zhì)的類型對燃料電池進行分類，典型地為以下五種類型之 一：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC)、堿性燃料電池（AFC)、磷酸燃料電池（PAFC)、固體氧化物 燃料電池（SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC)。這些類型的燃料電池中每一種都可以分 別使用氫氣和氧氣作為燃料電池負電極（陽極）和正電極（陰極）的活性材料。氫氣在負 電極上被氧化，而氧氣在正電極上被還原。離子通過非導電性離子可透過分離器，而電子通 過外部電路，以提供電流。
[0005] 在一些類型氫燃料電池中，由供應到燃料電池負電極側(cè)的含氫燃料形成氫氣。在 其它類型氫燃料電池中，氫氣從燃料電池外面的來源供應到燃料電池。
[0006] 燃料電池系統(tǒng)可包括燃料電池電池組，其包括一個或多個燃料電池（例如燃料電 池堆疊）；和燃料來源，諸如燃料箱或氫氣發(fā)生器。向燃料電池供應氫氣的氫氣發(fā)生器可以 是燃料電池系統(tǒng)的組成部分，或者它們能夠以可移除的方式與燃料電池系統(tǒng)耦合。當產(chǎn)生 氫氣的反應物已經(jīng)耗盡時，可拆卸型氫氣發(fā)生器可以用另一個替換?？刹鹦缎蜌錃獍l(fā)生器 可以是一次性的（意在僅用于一次性使用）?？刹鹦缎秃陀谰冒惭b的氫氣發(fā)生器可以是可 再填充的（意在用于多次使用）以替換消耗的反應物材料。
[0007] 氫氣發(fā)生器可以通過使用多種反應物和用于引發(fā)產(chǎn)生氫氣的反應物的多種方法 產(chǎn)生氫氣。當含氫材料反應時，氫氣可以逸出。含氫材料的例子包括液態(tài)或氣態(tài)經(jīng)（諸如 甲醇）、氫化物（諸如金屬氫化物和化學氫化物）、堿金屬硅化物、金屬/二氧化硅凝膠、水、 醇、稀酸和有機燃料（諸如N-乙基縮氨脲和全氫化芴。當在催化劑、熱或酸或其組合存在 下將反應物混合在一起時，含氫化合物可以與另一種反應物反應以產(chǎn)生氫氣?？梢栽跓峄?學分解反應中對含氫化合物進行加熱以使氫氣逸出。
[0008] 在選擇用于氫氣發(fā)生器的反應物時，可以考慮以下因素：(a)氫氣發(fā)生器長期不 使用期間的穩(wěn)定性；(b)引發(fā)氫氣產(chǎn)生反應的容易性；(C)為維持氫氣產(chǎn)生反應而必須提供 的能量的量；（d)氫氣產(chǎn)生反應的最高操作溫度；和（e)每單位體積和每單位反應物質(zhì)量可 產(chǎn)生的氫氣的總體積。
[0009] 可以進行熱分解反應以產(chǎn)生氫氣的反應物是理想的，因為以體積計，它們一般產(chǎn) 生相對較高體積的氫氣?？梢允褂秒娮栊碗娂訜嵩硖峁┮l(fā)氫氣產(chǎn)生反應所必需的 熱。反應物可以包含在可替換型燃料單元中，所述燃料單元可以封裝在包裝中。因此，為了 引發(fā)反應，必須將來自外部加熱元件的熱或用于操作內(nèi)部加熱元件的電力導入包裝中。用 于實現(xiàn)這個目的的一種方式是通過包裝上的導電和/或?qū)釁^(qū)域。可能一次僅需要加熱燃 料單元中的反應物的有限部分。這可以通過使所述包裝中單獨的導電和/或?qū)釁^(qū)域與反 應物的若干個部分中的每一個相關(guān)聯(lián)加以促進。
[0010] 本發(fā)明的一個目的是提供一種用于制造用于氫氣發(fā)生器燃料單元的包裝的方法， 所述燃料單元具有所述包裝中的一個或多個導電和/或?qū)釁^(qū)域。需要所述包裝具有簡單 設計，由有限數(shù)目的便宜材料和組件制造，并且可容易且經(jīng)濟地制造。本發(fā)明的另一個目的 是提供一種制造燃料單元的方法，所述燃料單元包括所述包裝和包括所述燃料單元的氫氣 發(fā)生器。
[0011] 概述
[0012] 在本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造用于氫氣發(fā)生器燃料單元的包裝的方法， 所述方法包括以下步驟：提供由熱導率小于10瓦/米?開的不導電材料制造的基板帶；在 所述基板帶中形成孔口陣列；提供由熱導率大于10瓦/米?開的導電材料制造的導體帶； 在所述導體帶中形成導體部分陣列；將所述導體帶中的各個導體部分與所述基板帶中的孔 口對準；將所述各個導體部分中每一個的周邊部分與所述基板帶中圍繞一個或多個所述孔 口的部分接合，以形成接合的帶材；和從接合的帶材的接合的導體部分周圍移除所述導體 帶的未接合部分，以形成包裝帶。實施方案可以包括一個或多個以下特征：
[0013] ?所述基板帶是由熱導率小于5瓦/米?開，優(yōu)選地小于2瓦/米?開，且更優(yōu)選 地小于1瓦/米?開的材料制造；
[0014] ?所述導體帶是由熱導率大于100瓦/米?開的材料制造；
[0015] ?所述基板帶和所述導體帶是由在高達至少250°C的溫度下穩(wěn)定的材料制造；
[0016] ?所述基板帶是由至少一種高溫聚合物制備；所述至少一種高溫聚合物可以是兩 種或更多種高溫聚合物的組合或復合物；所述至少一種高溫聚合物可以是選自聚醚醚酮、 聚酰亞胺、酚醛樹脂及其衍生物的聚合物；
[0017] ?所述導體帶是由選自金屬、金屬合金和非金屬材料的材料制造；所述金屬可以 是鋁、鋼、銅和鎳之一、組合及其合金；所述非金屬材料可以是基于石墨的材料；
[0018] ?所述基板帶是以卷筒形式提供；
[0019] ?所述導體帶是以卷筒形式提供；
[0020] ?所述包裝帶被卷繞成卷筒形式；
[0021] ?所述包裝帶被切成多個段材以用于后續(xù)分批處理；
[0022] ?所述孔口陣列包括排列在平行于所述基板帶的縱向軸而延伸的縱向排中的孔 口；所述孔口陣列可以包括一個以上平行于所述基板帶的縱向軸而延伸的縱向排；可以使 一個縱向排中的孔口與另一個縱向排中的孔口對準，以形成與所述基板帶的縱向軸垂直的 橫向孔口排；可以使一個縱向排中的孔口與另一個縱向排中的孔口對準，以形成與所述基 板帶的縱向軸既不平行也不垂直的斜向孔口排；
[0023] ?所述基板帶與所述導體帶具有配準特征以便將所述導體帶中的各個導體部分 與所述基板帶中的相應孔口對準；
[0024] ?利用連續(xù)接合在所述導體部分的周邊部分周圍將所述導體部分接合到所述基 板；
[0025] ?利用不連續(xù)接合在所述導體部分的周邊部分周圍將所述導體部分接合到所述 基板；
[0026] ?所述接合是通過選自熱接合、粘合劑接合、超聲焊接和激光焊接的方法來進 行；
[0027] ?所述在導體帶中形成導體部分的陣列的步驟包括在所述導體部分周圍創(chuàng)建薄 弱區(qū)以促進從接合的帶材的接合的導體部分周圍移除所述導體帶的未接合部分；所述薄弱 區(qū)可包括連接所述導體部分與周圍導體帶的一個或多個窄帶和處于所述導體部分與周圍 導體帶之間的壓印區(qū)域；
[0028] ?所述在導體帶中形成導體部分的陣列的步驟包括移除所述導體帶中在所述導 體部分周圍的某些部分并且留下與所述導體部分連接的未接合的導體帶材料幅材；所述未 接合的導體帶材料幅材可以通過在所述導體部分附近破壞所述幅材以斷開所述幅材與所 述導體部分和分離斷開的幅材與所述接合的帶材的其余部分而被移除；
[0029] ?所述從接合的帶材的接合的導體部分周圍移除所述導體帶的未接合部分的步 驟是在接合工具與所述導體帶接觸時進行；
[0030] ?-個以上孔口被單個導電部分覆蓋；在將所述各個導體部分中每一個的周邊 部分與所述基板帶中圍繞各相應孔口的部分接合之后，可以將被單個導電部分覆蓋的相鄰 孔口之間的導體材料部分移除，因此，被單個導電部分覆蓋的各孔口被單獨的導電部分覆 蓋；
[0031] ?所述基板帶與所述導體帶是在其縱向軸彼此平行的情況下對準；并且
[0032] ?所述基板帶與所述導體帶是在其縱向軸在接合期間彼此垂直的情況下對準。
[0033] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造用于氫氣發(fā)生器的燃料單元的方法，所 述方法包括以下步驟：通過上文所描述的方法制造包裝帶段；和將反應物組合物封閉在包 括所述包裝帶段的包裝內(nèi)；所述包裝帶段具有一個或多個處于其中的導體部分，各導體部 分經(jīng)過排列，使得電流或熱可以通過其傳導至一部分所述反應物組合物；且所述反應物組 合物包括當至少被加熱到最低反應溫度時可發(fā)生熱分解以產(chǎn)生氫氣的反應物。實施方案可 以包括一個或多個以下特征 ：
[0034] ?所述燃料單元具有一個或多個包含在所述包裝內(nèi)的加熱元件，且電流可以通過 所述一個或多個導體部分中的每一個傳導至相應加熱元件以產(chǎn)生熱，以便加熱一部分所述 反應物組合物；
[0035] ?可以在所述燃料單元外安排一個或多個加熱元件，使得來自于所述一個或多個 加熱元件中每一個的熱通過所述相應導體部分傳導以加熱一部分所述反應物組合物；
[0036] ?所述包裝包括一個以上包裝帶段；
[0037] ?所述包裝帶段的周邊部分被固定以便將所述反應物組合物封閉在所述包裝中； 所述包裝帶段可以固定至其自身、另一個包裝帶段、另一個包裝組件或其組合；所述包裝帶 段可以通過熱密封、粘合劑接合、超聲焊接、激光焊接或加壓層合加以固定；所述包裝帶段 的周邊部分是通過連續(xù)或不連續(xù)接合加以固定；
[0038] ?所述包裝包括通過將一個或多個包裝帶段的周邊部分固定在一起而形成的小 袋；
[0039] ?所述包裝包括固定所述包裝帶段的另一個包裝組件；所述另一個包裝組件可以 包括一個或多個隔室，各隔室含有反應物組合物；各隔室可含有一部分所述反應物組合物 且被固定至所述包裝帶段，使得電流或熱可以通過導體部分傳導以提供能量用于加熱其中 所含有的所述部分反應物組合物；所述另一個包裝組件包括高溫聚合物；
[0040] ?所述燃料單元包括氫氣出口；所述出口可以是閥門或所述包裝中的開口；
[0041] ?所述燃料單元中的反應物組合物被隔離成多個部分；各部分可以被一個或多個 加熱元件加熱；單個加熱元件可以加熱一個以上部分；所述部分可以包括介于其之間的熱 絕緣；
[0042] 在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造氫氣發(fā)生器的方法，所述方法包括以下 步驟：提供一個或多個由上文所描述的方法制造的燃料單元；提供具有一個或多個腔室以 便可移除地含有一個或多個燃料單元的殼體；提供一個或多個加熱元件，各加熱元件經(jīng)過 配置以便將所述一個或多個燃料單元中的一部分反應物組合物至少加熱到最低反應溫度； 提供能量源和電氣線路以便向所述一個或多個加熱元件供應電流；將所述殼體、所述加熱 元件、所述能量源和所述電氣線路以可在將所述一個或多個燃料單元可移除地插入所述一 個或多個腔室中時產(chǎn)生氫氣的配置進行組合。實施方案可以包括一個或多個以下特征： [0043] ?所述殼體是可密封的，以便容納由所述一個或多個燃料單元產(chǎn)生的氫氣；
[0044] ?所述殼體包括氫氣出口以便控制氫氣向氫氣消耗裝置釋放；
[0045] ?所述加熱元件各自容納在所述殼體內(nèi)，并且當燃料單元被容納在所述氫氣發(fā)生 器內(nèi)時與所述燃料單元包裝中的導體部分熱接觸；
[0046] ?所述加熱元件各自被容納在所述一個或多個燃料單元內(nèi)，且所述氫氣發(fā)生器中 的電觸點端子與所述燃料單元包裝中的導體部分電接觸以便向所述加熱元件提供電流；
[0047] ?所述能量源被安排在所述殼體內(nèi)；
[0048] ?所述能量源被安排在所述殼體外且經(jīng)由延伸通過所述殼體的電引線向所述氫 氣發(fā)生器提供電流；
[0049] 除非本文中另外說明，否則所公開的所有特征和范圍都是在室溫（20°C至25°C ) 下確定。
[0050] 附圖簡述
[0051] 在附圖中：
[0052] 圖1是基板帶的一部分在于其中形成孔口之后的透視圖；
[0053] 圖2是導體帶的一部分在于其中形成與導體帶幅材連接的導體部分之后的透視 圖；
[0054] 圖3是用于制造包裝帶的方法的一個實施方案的示意圖；
[0055] 圖4是用于制造包裝帶的方法的一個實施方案的示意圖；
[0056] 圖5是包裝帶被固定至燃料單元容器的透視圖；
[0057] 圖6是兩個燃料單元包裝的部分分解透視圖；
[0058] 圖7是氫氣發(fā)生器和用于插入其中的燃料單元的一個實施方案的透視圖；并且
[0059] 圖8是氫氣發(fā)生器和用于插入其中的燃料單元的一個實施方案的透視圖。
[0060] 詳細描述
[0061] 以上目的通過本發(fā)明實現(xiàn)，本發(fā)明包括用于燃料單元的包裝，所述包裝包括一段 根據(jù)以下描述制造的包裝帶。包裝燃料單元可以可移除地插入可用于提供氫氣裝置的氫氣 發(fā)生器中，諸如燃料電池電池組或氫氣消耗裝置或裝備。所述燃料單元含有封閉在所述包 裝內(nèi)的反應物組合物。所述反應物組合物包括一種或多種當至少被加熱到最低反應溫度時 可以熱分解以產(chǎn)生氫氣的反應物，所述反應物在所述溫度下將發(fā)生反應。所述包裝包括一 段由具有一個或多個孔口的基板制造的包裝帶，各孔口覆蓋有導體部分。所述基板是由是 不良電和熱導體的材料制造，且所述導體部分是由良好的電和熱導體制造。所述導體部分 提供所述包裝中的傳導區(qū)域，電流或熱可以通過所述區(qū)域傳導。使用內(nèi)部或外部加熱元件 來加熱所述反應物組合物。電流通過導體部分傳導至內(nèi)部加熱元件（在所述燃料單元內(nèi)）。 來自于外部加熱元件（在所述燃料單元外）的熱通過導體部分傳導。在兩個實施方案中， 提供熱以加熱所述反應物組合物。
[0062] 所述燃料單元包裝包括至少一個包裝帶段。可以將一個或多個包裝帶段的周邊部 分密封在一起以形成囊袋，以便封閉所述反應物組合物。替代地，可以將一個或多個包裝帶 段固定至所述包裝的另一個包裝組件。所述包裝可包括來自于同一包裝帶或由相同或不同 的材料制造、利用相同或不同的方法制造或具有相同或不同的結(jié)構(gòu)的不同包裝帶的包裝帶 段。
[0063] 包裝帶是由基板帶和導體帶制造。這些帶材中的一或兩者都可能是相對較短的段 材，由此可能適合用于從例如料盒進行饋料。這些帶材中的一或兩者都可以呈卷筒形式，所 述帶材可以在高速高容積制造工藝中從所述卷筒饋料。所述基板帶是由熱導率小于10瓦/ 米?開（優(yōu)選地小于5瓦/米?開，更優(yōu)選地小于2瓦/米?開且最優(yōu)選地小于1瓦/米?開） 的不導電材料制造。如本文中所使用，不導電材料在20°C下的電阻率大于IX IO16 Ω ·πι。所 述基板帶材料在氫氣發(fā)生器的預期操作溫度（例如，高達至少250°C)下是穩(wěn)定的。例如，所 述基板帶可由撓性玻璃或至少一種高溫聚合物（即，一種高溫聚合物或者兩種或更多種高 溫聚合物的組合或復合物）制造。如本文中所使用，"高溫聚合物"意指熱變形溫度（載荷 撓曲溫度）（根據(jù)ASTM D648,在18. 56kg/cm2(264psi)下）大于所述包裝帶設計耐受的最高 溫度（優(yōu)選地，熱變形溫度為至少250°C )。撓性玻璃的一個例子是得自康寧公司的Corning Willow Glass。所述高溫聚合物可以是選自聚醚醚酮、聚酰亞胺、酚醛樹脂及其衍生物的聚 合物。在一些實施方案中，可能需要撓性基板（例如，以允許從卷筒饋入基板帶），且在其它 實施方案中，可能需要更硬的材料（例如，以提供更大的強度或促進逐部分饋入較短長度 的基板帶，諸如從堆疊或料盒）。聚醚醚酮（PEEK)是優(yōu)選的高溫聚合物。不同類型和等級 的PEEK可商購獲得。例如，威格斯制造有限公司（Victrex Manufacturing Limited)提供 了厚度在約6 μ m至約750 μ m范圍內(nèi)且寬度達1450mm的PEEK膜。ViCTREX? APTIV? PEEKtmIIOO系列等級經(jīng)過礦物質(zhì)填充（強化），而Vi(..'TRF.X'h.' APTIVtm PEEK? 1000系列 等級未經(jīng)過強化。在一個實施方案中，標稱厚度為約0. IOOmm以上至約0. 150mm以下。
[0064] 所述導體帶是由熱導率大于10瓦/米?開（優(yōu)選地大于100瓦/米?開）的導電 材料制造。如本文中所使用，導電材料在20°C下的電阻率小于1Χ1(Γ 5Ω ·Π 1。所述導體帶 在氫氣發(fā)生器的預期操作溫度下是穩(wěn)定的。其可由選自金屬、金屬合金和非金屬材料的材 料制造。在一些實施方案中，可能需要撓性導體帶（例如，以允許從卷筒饋入導體帶），且在 其它實施方案中，可能需要更硬的導體帶（例如，以提供更大的強度或促進逐部分饋入較 短長度的導體帶，諸如從堆疊或料盒）。在一個實施方案中，標稱導體帶厚度為約0. 025mm 以上至約0. 050mm以下。例如，合適的金屬可以是鋁、鋼、不銹鋼、銅和鎳之一、其組合或合 金。所述非金屬材料可以是基于石墨的材料（例如，GRAFOIL? ,由GrafTech制造）。 [0065] 在所述基板帶中形成孔口陣列。所述陣列可以包括呈所需要的任何圖案的任何 數(shù)目的孔口。如下文所描述，常規(guī)圖案可能有利于促進孔口與所述導體帶中的相應導體部 分對準（配準）。例如，所述孔口可以排列在單個或多個平行于所述基板帶的縱向軸而延 伸的縱向排中?？梢詫⒁粋€縱向排中的孔口與一個或多個其它縱向排中的孔口對準以形成 排，諸如與所述基板帶的縱向軸垂直的橫向排或與所述基板帶的縱向軸既不平行也不垂直 的斜向排。所述孔口可以通過合適的方法形成，諸如模切（例如用沖壓機和成套模具、沖切 模、旋轉(zhuǎn)模具或鋼尺模）、鉆孔（例如用直槽鉆頭或孔鋸鉆頭）、激光切割或者化學或機械移 除（例如通過蝕刻或其它類型的消除）。所述孔口陣列可在將所述基板帶與導體帶組合之 前或之后形成。
[0066] 在所述導體帶中形成導體部分陣列。所述陣列可包括呈所需要的任何圖案的任何 數(shù)目的導體部分。如下文所描述，常規(guī)圖案可能有利于促進所述導體部分與所述基板帶中 的相應孔口配準或?qū)?。例如，所述導體部分可以排列在單個或多個平行于所述導體帶的 縱向軸而延伸的縱向排中?？梢詫⒁粋€縱向排中的導體部分與一個或多個其它縱向排中的 導體部分對準以形成排，諸如與所述基板帶的縱向軸垂直的橫向排或與所述基板帶的縱向 軸既不平行也不垂直的斜向排。所述導體部分可以通過合適的方法形成，諸如模切（例如 用沖壓機和成套模具、沖切模、旋轉(zhuǎn)模具或鋼尺模）、鉆孔（例如用直槽鉆頭或孔鋸鉆頭）、 噴水或光蝕刻、或激光切割。
[0067] 當形成所述導體部分時，其保持與所述導體帶的其余部分的至少一部分接觸?？?以通過在所述導體帶中的導體部分的邊緣上制造切口來形成所述導體部分。如果需要，則 可以在接合所述導體部分與所述基板帶之前移除所述導體帶的某些部分，留下與所述導體 部分連接的導體帶材料幅材。在導體部分形成期間或之后，可以在所述導體部分與所述周 圍導體帶材料之間創(chuàng)建容易被破壞的薄弱區(qū)。例如，這些薄弱區(qū)可以是在連接點附近的細 頸，或它們可以是具有降低的材料厚度的區(qū)域（例如通過壓印制造）。這些薄弱區(qū)有助于隨 后從所述導體部分移除導體帶幅材，如下文所描述。
[0068] 將所述基板帶與所述導體帶對準，使得所述導體帶中的導體部分與所述基板帶中 的孔口對準。例如，可以使所述基板帶與所述導體帶對準，其中一個帶材的縱向軸與另一個 帶材的縱向軸平行且其中使所述孔口陣列與所述導體部分陣列對準，使得各導體部分與一 個或多于一個將被其覆蓋的相應孔口相鄰。這可以通過使孔口和導體部分陣列兩者的圖案 是規(guī)則的和/或相同的加以促進。在基板與導體帶的縱向軸平行的情況下，一個或兩個帶 材可以從卷筒連續(xù)饋料。然而，基板帶和導體帶的縱向軸未必平行。例如，所述縱向軸可以 呈一定角度，諸如90度。這可能需要給各帶材編索引，以便適當?shù)貙⑺鰧w部分與相應 孔口對準。所述基板帶與所述導體帶可以具有配準特征以便將各個導體部分與相應孔口對 準。例如，所述配準特征可以沿帶材的長度包括一系列孔或刻痕。需要時可以將所述導體 部分或幅材的孔口和/或邊緣用作配準特征。
[0069] 可能需要處理或準備所述基板帶和所述導體帶中任一者或兩者的表面，以不僅良 好粘合。這可以包括表面粗糙化（例如對金屬表面的噴砂處理或另一種摩擦形式）、脫脂、 處理（例如電暈、等離子體和火焰）、清潔等等。這可以在形成孔口和導體部分陣列之前或 之后進行。
[0070] 在所述導體部分與相應孔口對準的情況下，將所述導體部分的周邊部分與相應孔 口周圍的基板帶部分接合，因此，各孔口被相應導體部分覆蓋，從而形成接合的帶材。單個 導體部分可能覆蓋一個或多個孔口。如本文中所使用，術(shù)語覆蓋意指所述導體部分延伸完 全越過整個孔口，不管所述導體帶與所述基板帶的哪個表面接合。接合可以是在所述導體 部分的周邊部分周圍的連續(xù)或不連續(xù)接合。連續(xù)接合可以在孔口周圍提供密封；不連續(xù)接 合可以為氣體逸出所述包裝提供路徑。所述導體部分可以使用合適的方法接合，諸如熱接 合（直接的或感應的）、粘合劑接合、超聲焊接或激光焊接。任何接合材料（例如熱熔體或 粘合劑材料）都應該選擇為在氫氣發(fā)生器的預期操作溫度下是穩(wěn)定的（例如，以避免產(chǎn)生 可能污染氫氣的氣體）。基于硅的粘合劑可能是合適的?？梢允┘訜岷?或壓力；溫度、壓 力等可以取決于材料的性質(zhì)、其厚度等而變化?？梢允褂弥T如壓板等接合工具，例如以施加 熱和/或壓力。所述接合工具可以覆蓋有脫模層，以防止正在接合的材料粘附到所述工具， 或可以在接合之前出于同一目的添加插入層，然后稍后在工藝中移除。
[0071] 如果在形成接合的帶材之前未形成孔口陣列，則可以在形成接合的帶材之后，在 基板中形成孔口陣列（例如通過化學或機械移除），并且從接合的帶材的接合的導體部分 周圍移除所述導體帶的未接合部分（即，所述導體帶幅材）以形成包裝帶。這可以通過破 壞所述導體部分附近的薄弱區(qū)上的幅材（例如，通過在接合的帶材正在被卷繞到卷帶盤上 時將幅材拉離接合的帶材）以斷開所述幅材與接合的帶材的其余部分來進行。所述幅材 可以作為接合步驟的一部分（例如，在利用接合工具保持所述導體部分與所述基板帶相抵 時）或在接合步驟之后移除。
[0072] 如果多個孔口被單個導體部分覆蓋，則稍后可移除在相鄰孔口之間的一部分導體 部分，使得相鄰孔口中的每一個都被單個較小導體部分覆蓋。導體部分的多個部分可以例 如用研磨或切割輪、用激光或通過蝕刻以機械方式移除。在一些情形下，這可以通過例如在 接合步驟之前減少組裝時間和/或降低所要求的對準精度而促進制造，減少廢料或提高效 率。
[0073] 在制造所述包裝時，可以對所述包裝帶進行進一步處理。例如，如果所述包裝帶 包括一個以上被導體部分覆蓋的縱向孔口排，則可以縱向切割所述包裝帶以產(chǎn)生一個以上 包裝帶，各包裝帶具有一個或多個被導體部分覆蓋的縱向孔口排?？梢詫⑺霭b帶橫向 (不平行于縱向軸）切割成多個部分。這在手動或半自動包裝工藝中可能是有利的?？梢?將所述包裝帶卷繞到卷帶盤上，當需要時可以從上面對其進行饋料。所述包裝帶可以直接 饋入后續(xù)工藝以便組裝包裝。
[0074] 使用一個或多個包裝帶段形成包裝?？梢詫b帶段的周邊部分固定至其自身、 另一個包裝帶段、另一個包裝組件或其組合。例如，包裝可以是由一個或若干個包裝帶段形 成的封套或囊袋?？梢詫蝹€段材折疊以形成所述包裝的一個邊緣，和/或?qū)⒅車吘壒?定或密封以形成包裝接縫?？梢栽谛纬伤龇馓谆蚰掖盎蛟诠潭ɑ蛎芊庾詈笠粋€接縫 之前放置所述燃料單元的內(nèi)容物（例如反應物組合物、加熱元件、熱絕緣等等）。在另一個 實施例中，可以在已經(jīng)插入內(nèi)容物之后使用包裝帶段來閉合或密封另一個包裝組件以形成 包裝?？梢允褂酶鞣N方法來固定包裝帶組件，諸如熱合、粘合劑接合、超聲焊接、激光焊接和 加壓層合。可以利用連續(xù)或不連續(xù)接合來固定包裝帶段。連續(xù)接合可以提供密封以防止氣 體通過。燃料單元包裝可包括氫氣出口。所述出口可以是包裝中的開口，諸如包裝帶段或 其它包裝組件中的孔口或狹縫，或?qū)w部分與基板之間的不連續(xù)接合。所述出口可以是閥 門，特別是在所述包裝是以其它方式密封的情況下。
[0075] 可以將燃料單元中的反應物組合物隔離成單獨的部分，從而限制單個加熱元件可 以加熱的反應物組合物的量。這可以例如通過安排熱絕緣從而將反應組合物隔離成多個部 分、通過使反應物組合物彼此間隔開或其組合來實現(xiàn)。可以利用一個或多個加熱元件來加 熱反應物組合物的各部分，或單個加熱元件可以加熱一個以上部分。
[0076] 如果所述燃料單元包裝除了所述包裝帶段以外還包括另一個包裝組件，則該另一 個包裝組件可以是一個或多個容器，所述容器具有一個或多個的開放的部分或側(cè)面，所述 開放的部分或側(cè)面是通過將一個或多個包裝帶段固定在上面而將其閉合。所述另一個包裝 組件可以由例如高溫聚合物制備。所述容器可以具有一個或多個隔室，所述隔室內(nèi)含有反 應組合物。可以使用多個隔室（無論是在單個還是多個容器中）將反應組合物隔離成單獨 的反應物組合物部分。這可能有助于限制反應物組合物中可由來自于單個加熱元件的熱引 發(fā)的反應。例如，當熱通過導體部分傳導以加熱相應隔室中的一部分反應物組合物時，或當 電流通過一對導體部分傳導至相應隔室中的內(nèi)部加熱器時，可將反應物組合物的反應限制 于該隔室內(nèi)所含有的所述部分反應物組合物。隔室壁、相鄰隔室之間的空間、附加熱絕緣或 其組合的不良熱導率可防止引發(fā)附近隔室中的反應物組合物的反應?？梢栽谌萜鳌⒏羰液?/或包裝帶段中的一個或多個的內(nèi)壁或外壁上添加熱絕緣。
[0077] 在所組裝的燃料單元中，包裝中的導體部分經(jīng)過安排以便將來自于外部能量源的 電流或來自于外部加熱元件的熱傳導通過所述包裝。在燃料單元含有一個或多個內(nèi)部（在 包裝內(nèi)）加熱元件的實施方案中，所述包裝包括至少兩個導電組件，所述導電組件被電連 接至相應加熱元件的兩個端子中的每一個。這些導電組件中至少一個是包裝帶段中的導體 部分。可以存在兩個連接至各內(nèi)部加熱元件的導體部分，或多個加熱元件中每一個的一個 端子可以連接至共用導體部分。因為導體部分通過孔口之間的基板條部分而彼此電絕緣， 所以防止導體部分之間發(fā)生電短路。在氫氣發(fā)生器具有一個或多個外部（在燃料單元包 裝外）加熱元件的實施方案中，各導體部分可將來自于單獨加熱元件的熱傳導通過所述包 裝，或可將來自于一個以上加熱元件的熱傳導通過單個導體部分。
[0078] 所述燃料單元反應組合物包括一種或多種可反應產(chǎn)生氫氣的反應物。為了每單位 體積和重量經(jīng)濟地產(chǎn)生較大體積的氫氣，宜使用當受熱時可進行能產(chǎn)生氫氣的熱分解反應 的反應物。與例如相同量（每摩爾、每單位重量或每單位體積）的反應物進行熱解反應時 相比，反應物的這種熱分解反應可產(chǎn)生較大體積的氣體。優(yōu)選反應物不需要高成本催化劑 就能進行所需要的氫氣生成反應。
[0079] 反應物組合物含有至少一種氫氣生成反應物?？梢园ㄒ环N以上反應物。在熱分 解后可釋出氫氣的反應物的例子為：酰亞胺鋰（Li 2NH)、氨基鋰（LiNH2)、鹵化銨（例如NH4F、 NH4Cl 或 N2H6Cl2)加化學氫化物（例如 LiH、LiBH4、NaBH4、LiAlH4 或 NaAlH4)、鋁烷（AlH3)、 氨硼烷（NH3BH 3)、氨硼烷加化學氫化物（例如三氫化鋁或硼酰肼復合物，諸如酰肼雙硼烷 (N2H4(BH 3)2))、硝酸銨（NH4NO3)力口癸硼烷二銨（B 10H10(NH4)2)和其它材料，諸如石墨烯和其中 插入氫的碳納米管。反應物的選擇可受其它因素限制，諸如反應物的物理和化學性質(zhì)、加熱 元件的類型和位置、所需熱分解反應的溫度范圍、氫氣生成反應是放熱還是吸熱、反應副產(chǎn) 物的組成、形式和性質(zhì)等等。
[0080] 反應物組合物還可以含有一種或多種添加劑。添加劑的例子包括粘合劑（例如丙 烯酸酯和苯乙烯嵌段共聚物）、穩(wěn)定化合物（例如固體堿）、導熱材料（例如金屬、石墨及其 組合和復合物）、如下文所描述的點火材料、導熱涂層或?qū)?、熱絕緣涂層或?qū)拥鹊?。?yōu)選地， 反應物混合物中不包括催化劑。
[0081] 燃料單元中可能需要包括點火材料，尤其在反應物是吸熱反應物的情況下。點火 材料在受熱時發(fā)生放熱反應，并且可以與點火系統(tǒng)聯(lián)合使用以提供熱，從而引發(fā)反應物的 氫氣生成反應。點火材料可提供許多優(yōu)勢。點火材料為發(fā)生反應而必須被加熱到的溫度可 低于反應物的最低反應溫度，從而減少點火系統(tǒng)的熱產(chǎn)生需求。因為點火材料發(fā)生放熱反 應，所以它可以減少燃料單元使用期間（特別是反應物的熱分解反應吸熱時）必須供應給 加熱元件的能量總量。點火材料可以安排在反應物組合物內(nèi)或與其接觸。例如，點火材料 可以是反應物組合物的成分，點火材料可以是反應物組合物與含有氫氣生成反應的部分的 隔層，或點火材料可以處于與反應物組合物熱連通的單獨球粒中。當點火材料與氫氣生成 反應物隔開時，可以使含有點火材料的部分與含有反應物的部分交替。例如，含有氫氣產(chǎn)生 反應物的各部分可以具有點火材料的相鄰部分；含有點火材料的部分可以安排為與多個反 應物組合物部分相鄰。需要時，點火材料可以鄰近燃料單元的表面以促進用外部加熱元件 點火。點火材料的一部分可以遠離點火點而延伸，以促進對燃料單元的遠端部分中的反應 物組合物的加熱。在一些實施方案中，含有氫氣生成反應物的部分與含有點火材料的部分 兩者都含有反應物和點火材料，但比例不同。一些類型的點火材料在反應時也會產(chǎn)生氫氣， 從而對燃料單元可提供的氫氣總量作出貢獻。點火材料的例子包括鐵粉或TiH 2加 KC104、 MnO2 加 LiAlH4、Ni 加 Al、Zr 加 PbCrO4、Fe2O3 加 Al (鋁熱劑）和 LiAlH4 加 NH4Cl。應理解， 本文中提到引發(fā)氫氣生成反應物的反應包括在燃料單元包括點火材料的實施方案中引發(fā) 點火材料的熱生成反應。
[0082] 反應物組合物優(yōu)選為高密度固體，而不是氣體、液體或凝膠。反應物組合物可以呈 任何合適的形式，諸如呈粉末或顆粒形式（例如容納在一個或多個隔室中），或成形為固體 主體，諸如球粒、丸粒、片狀、圓片或餅狀，例如通過壓縮、模制、擠出、沉積、涂布輥涂布、印 刷等等。反應物組合物可以容納在一個或多個容器內(nèi)或成形在基板上。各燃料單元可以 具有單一量的反應物組合物，或反應物組合物可安排為一個或多個隔離的量?？梢苑磻?組合物的量進行定尺寸并且成形以產(chǎn)生所要量的氫氣，以體積有效的方式裝配在燃料單元 內(nèi)，促進點火（加熱），防止相鄰的量交叉點火，促進所產(chǎn)生的氫氣釋放等等。
[0083] 反應物組合物的隔離的量可以用各種方式彼此分開，諸如通過容納在各個隔室中 和/或利用間隙、涂層、熱絕緣等間隔分開。如果反應物組合物容納在一個或多個隔室中， 則可以用覆蓋層覆蓋隔室以便將材料保留在所需要的隔室中。隔室和蓋子可以是燃料單元 包裝的一部分。
[0084] 燃料單元包括用于容納反應物組合物的包裝以及非氣體反應產(chǎn)物。所述包裝將具 有充分的強度和化學與熱穩(wěn)定性以便在運輸、存儲和使用前處理期間、使用期間以及取出 和后續(xù)處理期間這樣做。所述包裝包括一個或多個如上文所描述的包裝帶段。所述包裝也 可以包括其它組件，所述組件可由多種材料制造，諸如金屬箔、聚合物膜、層合物（諸如金 屬/塑料層合物）和澆鑄或模制外殼。金屬/塑料層合物的例子包括諸如鋁、鎳、銅和鋼等 金屬和諸如聚酯、尼龍、聚丙烯和聚乙烯等聚合物。高溫塑料和熱固性塑料可以用于澆鑄或 模制外殼；例子包括聚酰胺,諸如KAPTON? (得自于DuPont)和聚醚醚酮（PEEK)聚合 物。所述包裝可以用任何合適的方法來閉合，諸如通過折疊和/或交疊、機械閉合、密封（例 如用粘合劑、熱封、超聲）等等。還可能需要所述包裝保持密封，除非需要釋放氫氣。這可 能需要例如密封所述包裝，使用氫氣出口閥門和/或能夠容納至少一些內(nèi)部壓力。密封所 述包裝可以防止內(nèi)容物暴露于環(huán)境（例如氧氣和濕氣）、含有少量氫氣（可能是在燃料單元 被使用之前產(chǎn)生的）且有助于在氫氣從燃料單元釋放之前從中移除污染物。
[0085] 可能需要在包裝附近包括熱絕緣或作為包裝的一部分以便在從氫氣發(fā)生器上移 除用過的燃料單元時保護使用者。所述包裝自身可以是或包括（例如，作為其一個層）不 良熱導體，或可以在包裝外部或內(nèi)部設置熱絕緣層?？赡苓m合作為熱絕緣的材料的例子包 括硅土、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、硅土氣凝膠、礬土、氧化鋁、玻璃、玻璃棉、礦物棉、泡沫 玻璃、珍珠巖和諸如聚酰胺和環(huán)氧樹脂胺復合物等聚合物。
[0086] 燃料單元內(nèi)可能需要包括熱導體以便向反應物組合物的遠端部分（不接近包裝 或加熱器的部分）提供良好熱轉(zhuǎn)移。如上文所描述，出于此目的，反應組合物中可包括添加 齊IJ，或燃料單元內(nèi)可包括導熱組件。還可以通過向燃料單元包裝的凹陷部分（諸如燃料單 元的空心核心而不是燃料單元的外表面（例如外徑））施加熱來提高加熱效率，因為從燃料 單元內(nèi)部加熱將比從燃料單元外部加熱產(chǎn)生較少寄生熱損失?？梢酝ㄟ^將內(nèi)部加熱器定位 在遠離燃料單元的外表面處來實現(xiàn)類似的效果。
[0087] 燃料單元可用于氫氣發(fā)生器中，在其中加熱燃料單元中的反應物組合物以產(chǎn)生氫 氣。氫氣可以被諸如氫燃料電池電池組等氫氣消耗裝置使用。氫氣發(fā)生器可以通過提供 和組裝以下各項來制造：具有一個或多個腔室以便可移除地含有一個或多個燃料單元的殼 體；一個或多個加熱元件，各加熱元件經(jīng)過配置以便將所述燃料單元中的一部分反應物組 合物至少加熱到最低反應溫度；能量源；用于向所述加熱元件供應電流的電氣線路；和一 個或多個燃料單元，所述燃料單元被可移除地插入所述一個或多個腔室中。
[0088] 優(yōu)選地，所述氫氣發(fā)生器是便攜式的，單獨或做誒氫氣消耗裝置的一部分，諸如包 括燃料電池電池組的燃料電池系統(tǒng)的一部分，或容納在可由燃料電池系統(tǒng)供電的便攜式裝 置內(nèi)。如本文中所使用，便攜意指個人在不需要使用提升或運輸設備（例如起重機、搬運 車、叉車等等）的情況下能容易地移動。
[0089] 為了提供經(jīng)濟的氫氣發(fā)生器，需要能夠用新的反應物替換反應副產(chǎn)物而不是替換 整個氫氣發(fā)生器。這允許氫氣發(fā)生器的耐久性組件被多次使用。為了使此效果最大化，需 要將盡可能多的可重復使用組件并入氫氣發(fā)生器、燃料電池系統(tǒng)的其余部分和/或與燃料 電池系統(tǒng)相關(guān)連的裝置的可再使用部分中（以下稱為固定器），并且在最大可行程度上限 制氫氣發(fā)生器的可替換部分（以下稱為燃料單元）中的組件的數(shù)目。這對于占據(jù)相對較大 體積和/或相對昂貴的物品來說尤其成立。理想地，燃料單元將僅含有氫氣生成反應物和 最低限度包裝。然而，出于實際原因，燃料單元中可能還需要包括其它成分和組件。
[0090] 氫氣發(fā)生器可包括經(jīng)配置以容納一個或多個燃料單元的固定器。它可以含有氫氣 發(fā)生器的至少一些其它組件。在一些情況下，可能需要將至少一部分其它組分定位在固定 器外部，諸如在燃料電池系統(tǒng)和/或裝置內(nèi)的其它處。固定器可以包括其自身的殼體，特別 是在固定器意在從燃料電池系統(tǒng)或裝置上移除或在處于燃料電池系統(tǒng)或裝置的其余部分 外部時加以使用的情況下。如果氫氣發(fā)生器被容納在燃料電池系統(tǒng)和/或裝置內(nèi)，則可能 不需要單獨的固定器殼體。例如，燃料電池系統(tǒng)或裝置的一部分可以充當整個固定器殼體 或其一部分。固定器殼體具有充分的機械強度和對預期氫氣發(fā)生器將要暴露的環(huán)境的耐 性，特別是對與氫氣生成反應相關(guān)的高溫和反應物和副產(chǎn)物的耐性。諸如鋁、鋼和不銹鋼等 金屬、陶瓷和諸如聚苯硫醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚氧苯甲基 亞甲基乙二醇酐（Bakelitet )、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯和三聚氰胺等耐 高溫聚合物可能適用于殼體。在一些實施方案中，固定器可以由不良熱導體材料（例如小 于10瓦/米?開，且優(yōu)選地小于1瓦/米?開）制造以保護燃料電池系統(tǒng)的其余部分、裝置 和/或使用者免受氫氣發(fā)生器內(nèi)所產(chǎn)生的熱損害。需要時，可以給氫氣發(fā)生器、在殼體內(nèi)、 在殼體周圍或燃料電池系統(tǒng)或裝置中的其它處添加熱絕緣。真空（諸如在固定器的壁中的 空心空間中）可以提供熱絕緣。熱絕緣可以保護氫氣發(fā)生器的組件、燃料電池系統(tǒng)的其它 部件、與燃料電池系統(tǒng)一起使用的裝置和/或使用者。
[0091] 氫氣發(fā)生器包括一個或多個可以可移除地插入燃料單元的腔室。氫氣發(fā)生器可以 包括用于在特定方向上對包裝的燃料單元進行對準的特征，從而提供與燃料單元的熱和/ 或電接觸，和/或在所述固定器與所述燃料單元之間提供氫氣流動路徑。例如，界定所述腔 室的壁可以包括一個或多個突出部，所述突出部與燃料單元的特征協(xié)作以允許僅在所要方 向上將燃料單元插入腔室中，突出部可提供與燃料單元的電和/或熱接觸，或一個或多個 突出部可延伸到燃料單元的凹陷區(qū)域中以提供從燃料單元外部向外加熱。氫氣發(fā)生器可以 是可閉合的，以便將燃料單元保留在腔室內(nèi)，且其可以是可密封的，以便排出來自于外部環(huán) 境的氣體并且容納加壓氫氣。如果在氫氣發(fā)生器操作期間可能累積內(nèi)部壓力，則可能需要 包括釋壓孔以便在壓力變得過大之前釋放氣體（即，以防止殼體的不需要的打開或爆炸）。
[0092] 燃料單元中產(chǎn)生的氫氣離開燃料單元，然后通過氫氣流動路徑離開氫氣發(fā)生器達 到與燃料電池系統(tǒng)的其余部分連接的出口。氫氣發(fā)生器可以包括各種配件、閥門和電連接 以便向燃料電池電池組和/或由燃料電池系統(tǒng)供電的電力裝置提供氫氣和與其連接?？赡?需要在氫氣流動路徑中提供一個或多個過濾器或純化單元（以下稱為過濾器）以便從氫氣 中移除固體或氣態(tài)副產(chǎn)物（諸如燃料電池毒物）和/或未反應的反應物。過濾器可以位于 燃料單元內(nèi)、固定器內(nèi)和/或氫氣發(fā)生器與燃料電池系統(tǒng)的其余部分之間的界面上。燃料 單元內(nèi)的過濾器在替換燃料單元時被替換?？赡苄枰峁┯糜谥芷谛缘靥鎿Q位于燃料單元 外部的過濾器的通路?？赡苓m用于過濾器的材料的例子包括硅土、二氧化硅、氮化硅、碳化 硅、硅土氣凝膠、礬土、氧化鋁、玻璃、玻璃棉、礦物棉、泡沫玻璃、微纖維玻璃、珍珠巖和諸如 聚四氟乙烯、聚酰胺和環(huán)氧樹脂胺復合物等聚合物，以及合適的氣體純化單元（諸如離子 交換樹脂）?？赡苡锌赡芊胖眠^濾器，所以它們也提供熱絕緣。
[0093] 氫氣發(fā)生器包括一個或多個用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能的加熱元件，其可為燃料單元 中的氫氣生成熱分解反應提供熱。合適的能量源的例子包括一次電池組、二次電池組、燃料 電池電池組、電容器和公用設施中的一個或組合。所述能量源優(yōu)選在燃料單元外部，諸如在 固定器中、在燃料電池系統(tǒng)中的其它處、在裝置中或在裝置外。氫氣發(fā)生器和/或燃料單元 中的電路可向加熱元件輸送電能。外部加熱元件可位于燃料單元外部（例如在固定器中）， 其中它們可以再使用，而內(nèi)部加熱元件可位于燃料單元內(nèi)，特別是當加熱元件僅占據(jù)較小 體積并且不昂貴時。加熱元件可以是電阻加熱器。可以使用任何合適的電阻加熱器，諸如 包括金屬和合金（諸如鎳-鉻、鐵-鉻-鋁和銅-鎳）的電阻加熱器。外部加熱元件將與 燃料單元包裝中的導熱導體部分熱接觸，使得加熱元件所產(chǎn)生的熱通過所述包裝傳導到燃 料單元的內(nèi)容物。為了提供良好熱接觸，燃料單元包裝可與加熱器或中間熱導體相抵緊密 配合。加熱器或中間熱導體可相對于導體部分偏置。這可以通過將加熱元件配置為偏置構(gòu) 件和/或通過放置在加熱元件與燃料單元包裝導體部分之間的熱接觸中為良好熱導體的 中間偏置構(gòu)件來實現(xiàn)。使用偏置構(gòu)件可以在加熱元件與燃料單元之間提供良好熱接觸而不 妨礙燃料單元插入腔室中或從中移除，并且可補償燃料單元在使用期間的膨脹或收縮。如 果加熱元件是內(nèi)部的，則其與能量源電連通，諸如通過固定器中與燃料單元包裝中的相應 導體部分電接觸的電端子。所述端子可以類似于上文針對外部加熱器和中間熱導體所描述 的那樣相對于包裝偏置。
[0094] 如下文更詳細描述，可以使用多個加熱元件來提供選擇性加熱一個或多個燃料單 元中的反應物總量中的有限量的能力。這可能有助于根據(jù)需要產(chǎn)生氫氣和將間歇性使用期 間的反應時間減至最少，而氫氣發(fā)生器內(nèi)不產(chǎn)生過度壓力。例如，可以將各個加熱元件與燃 料單元內(nèi)隔離量的反應物相關(guān)聯(lián)，并且可以控制對所選加熱元件的操作以僅在所要量的反 應物內(nèi)引發(fā)反應。這可能需要將燃料單元包裝中的導體部分與燃料單元外的氫氣發(fā)生器中 的各個加熱元件或電接觸端子對準。作為一個替代方案，可以在腔室內(nèi)移動加熱元件以便 與燃料單元包裝的所選導體部分對準。這可以利用較少加熱元件受控地產(chǎn)生氫氣，但會因 移動加熱元件所必需的機構(gòu)而提高體積和成本。
[0095] 為了根據(jù)需要提供氫氣而在氫氣發(fā)生器內(nèi)不產(chǎn)生高內(nèi)部溫度，可能氫氣發(fā)生器宜 包括多個燃料單元，各燃料單元可以選擇性地使用；和/或燃料單元宜含有可根據(jù)選擇單 獨地引發(fā)氫氣生成反應的多個隔離量的反應物組合物。這可以通過使用控制系統(tǒng)聯(lián)合多個 加熱元件和/或可移動加熱元件來實現(xiàn)，所述加熱元件可位于燃料單元中各隔離量的反應 物組合物內(nèi)或與其對準。
[0096] 所述控制系統(tǒng)可用于控制能量源對加熱元件系統(tǒng)的能量供應。所述控制系統(tǒng)可以 通過監(jiān)測例如燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的壓力、燃料電池堆疊的一個或多個電特征或者電子裝置的 一個或多個電特征來確定對氫氣的需求和/或所需氫氣流速。控制器可與裝置或燃料電池 電池組連通以確定何時需要更多氫氣。所述控制系統(tǒng)可完全或部分安排在氫氣發(fā)生器、燃 料電池電池組、由所述燃料電池電池組供電的電子裝置或其任何組合中。所述控制系統(tǒng)可 包括微處理器或微控制器；數(shù)字、模擬和/或混合電路；固態(tài)和/或機電轉(zhuǎn)換裝置；電容器、 感測儀器、定時器等等。還可以出于其它目的使用相同或不同的控制系統(tǒng)，諸如鑒別適于 使用或批準使用的氫氣發(fā)生器和燃料單元、防止使用不當或未批準的氫氣發(fā)生器和燃料單 元、控制對燃料電池系統(tǒng)和利用燃料電池電池組的裝置中的電池組的充電、計算和提供關(guān) 于燃料單元的剩余容量的信息、記錄關(guān)于燃料單元、氫氣發(fā)生器、燃料電池系統(tǒng)和裝置的使 用的歷史信息、防止在不安全條件下操作氫氣發(fā)生器和其它目的。
[0097] 將已經(jīng)在其中形成孔口 12之后的一部分基板帶10的一個實施方案示于圖1中， 并且將已經(jīng)在其中形成導電部分22和導體幅材24之后的一部分導體帶的一個實施方案示 于圖2中?？梢允褂酶鞣N尺寸和形狀，且?guī)Р?0和20可以如上文所描述越過帶材的寬度 具有一排或多于一排孔口 12和導體部分22。
[0098] 圖3中示意性地示出用于制造包裝帶的方法的一個實施方案。將基板帶10從基 板帶分配器30分配至孔口形成器32，其中在基板帶10中形成孔口陣列。例如，呈卷筒形式 的基板帶10可以從卷軸上退繞并饋料，或較小長度的基板帶10可以從料盒饋料。將導體 帶20從諸如卷軸或料盒等導體帶分配器34分配至導體部分和幅材形成器36,其中導體部 分陣列連接至導體帶材料幅材。從基板帶10和導體帶20移除的材料可以例如丟棄或再循 環(huán)。然后將基板帶10與導體帶20彼此對準，并且利用接合器將導體部分22固定至基板帶 10以覆蓋孔口 12,從而形成接合的帶材40。然后利用幅材分離器42將導體幅材24與接合 的帶材40分開，并且收集在幅材積聚器44中（例如，用于丟棄或再循環(huán)）。然后將其余包 裝帶46收集在包裝帶積聚器48中（例如在卷軸上或在料盒中）。在分離導體幅材與將包 裝帶46收集在包裝帶積聚器48中之間，可以進行額外處理。例如，可以對包裝帶46進行 壓制或卷繞以使導體部分22平坦，所以不存在凸出的邊緣，或可以將包裝帶46修剪或切割 成更窄的帶材或更短的段材。
[0099] 在圖3中所示的實施方案中，在基板帶10與導體帶20接合之前在其中形成孔口 12;但是，如上文所描述，可以在接合導體部分22與基板帶20之后形成孔口 12。這個實施 方案示于圖4中，其中孔口形成器32在接合器38之后。圖4另外如上文參考圖3所描述。 [0100] 圖5示出了使用包裝帶制造含有氫氣產(chǎn)生反應物組合物的包裝的方法的一個實 施方案，所述包裝帶諸如根據(jù)圖3和4中所示的實施方案制造的包裝帶46。包裝帶46被 容納在包裝帶積聚器48中。如圖5中所示，包裝帶積聚器48包括卷軸50,包裝帶46被卷 繞在卷軸上，但所述包裝帶積聚器48可以是如上文所描述的積聚器的另一種類型。包裝帶 46被固定在容器52的開放部分上，各容器含有反應物組合物的至少一個量54。所示出的 各容器52包括三個隔室56,各隔室含有反應物組合物的一個量54,但隔室56的數(shù)目和每 個容器52的反應物組合物的量54可以變化。包裝帶46可用涂覆至包裝帶46和容器52 之一或兩者的粘合劑、通過將包裝帶基板10熱封至容器，或通過如上文所描述的任何其它 合適的方法固定，以形成經(jīng)過包裝的燃料單元60。如圖5中所示，將包裝帶46與容器52對 準，使得導體部分位于反應物組合物的各量54上且與其接觸。反應物組合物的量54可以 各自處于各個隔室56中，所述隔室或是成形于容器52中，或是由熱絕緣構(gòu)件58或容器52 中的反應物組合物的多個量54之間的空間產(chǎn)生。在福鼎包裝帶46之前，容器52可以彼此 互連或分開。在固定至容器之后，包裝帶46可以與容器52互連。隨后，可以通過切割容器 52和/或包裝帶46的部分將一些或所有互連容器52中分開?？赡苓m宜留下一些包裝燃 料單元60互連以促進進一步處理。導體部分20的間隔（即，相鄰導體部分20之間的基板 10的量）可以取決于相鄰燃料單元60是否保持互連而變化。任選地，可以向包裝燃料單元 60的外部添加熱絕緣。
[0101] 圖6示出了兩個包裝燃料單元60,其中一個被分解示出，所以可見內(nèi)部組件。燃料 單元60是以其包裝帶46面向彼此的方式放置。各燃料單元60是以外部熱絕緣62圍繞除 了被包裝帶46覆蓋的側(cè)面以外的所有側(cè)面的方式示于圖6中。在一些實施方案中，燃料單 元60可以彼此連接，諸如沿一個邊緣。其可通過其容器52、包裝帶46、外部熱絕緣62或一 些其它組件（未示出）之一或任何組合互連。如果燃料單元60被互連，則其可間隔分開， 而如果所述互連至少在一定程度上是剛性的，則可以維持燃料單元60之間的間隔，以便容 納燃料單元60之間的加熱器組件。燃料單元60可以包括氫氣出口 66和處于反應物組合 物的多個量54與出口 66之間的過濾器64 (例如通過將過濾器膜連接到出口 66或容器52。
[0102] 氫氣發(fā)生器的一個實施方案不于圖7中。氫氣發(fā)生器70包括具有腔室74的殼體 72,所述腔室中可插入包裝燃料單元60。氫氣發(fā)生器70包括門76用于閉合和密封殼體72， 而燃料單元60處于內(nèi)部。示出了兩個三角形燃料單元60,各燃料單元含有反應物組合物的 三個隔離量54,但可以使用較少或較多具有相同或不同形狀和相同或不同數(shù)目的反應物組 合物的量的燃料單元。氫氣發(fā)生器70還包括至少一個加熱器組件78,各自具有一個或多個 加熱元件80。如圖7中所示，加熱器組件78可以連接至門76,或其可連接至殼體72。加熱 器組件78可以在門76或殼體72的內(nèi)表面上，使得當燃料單元60被插入腔室74中時，力口 熱元件80將與相應導體部分22接觸。替代地，加熱器組件78可以在從門76 (如圖7中所 示）或從殼體70延伸的支承構(gòu)件82上，使得當燃料單元被插入腔室74中時，加熱元件80 將與相應導體部分22接觸。通過將加熱器組件78定位在中心，能基本上由內(nèi)而外地加熱 燃料單元60。
[0103] 氫氣發(fā)生器的另一個實施方案不于圖8中。氫氣發(fā)生器84包括殼體72,所述殼體 具有包裝燃料單元86可插入其中的腔室74。氫氣發(fā)生器70包括門76用于閉合和密封殼 體72,而燃料單元86處于內(nèi)部。示出了四個各自含一定量的反應物組合物的三角形燃料 單元86,但正如圖7中的氫氣發(fā)生器70,可以使用含不同量的反應物組合物的不同形狀和 數(shù)目的燃料單元。氫氣發(fā)生器84包括至少一個加熱器組件88,所述加熱器組件具有一個 或多個加熱元件90。加熱器組件88可以連接至門76,或如圖8中所示連接至殼體72。加 熱組件88可以在殼體72 (如圖所示）或門76的內(nèi)表面上，使得當燃料單元86被插入腔室 74中時，加熱元件90將與相應導體部分22接觸?；蛘?，加熱器組件88可以在從門76 (如 圖所示）或殼體72延伸的支承構(gòu)件92上，使得當燃料單元86被插入腔室74中時，加熱 元件80將與相應導體部分22接觸。
[0104] 實施本發(fā)明的人員和本領域技術(shù)人員應理解，在不背離所公開的構(gòu)思的精神的情 況下，可以對本發(fā)明進行各種修改和改良。所提供的保護范圍將由權(quán)利要求書和法律允許 的解釋范圍決定。
【權(quán)利要求】
1. 一種制造用于氫氣發(fā)生器燃料單元的包裝的方法，所述方法包括以下步驟： (a) 提供由熱導率小于10瓦/米?開的不導電材料制造的基板帶； (b) 在所述基板帶中形成孔口陣列； (c) 提供由熱導率大于10瓦/米?開的導電材料制造的導體帶； (d) 在所述導體帶中形成導體部分的陣列； (e) 使所述導體帶中的各個導體部分與所述基板帶中的孔口對準； (f) 將所述各個導體部分中每一個的周邊部分與所述基板帶中圍繞一個或多個所述孔 口的部分接合，以形成接合的帶材；和 (g) 從所述接合的帶材的接合的導體部分周圍移除所述導體帶的未接合部分，以形成 包裝帶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基板帶是由至少一種高溫聚合物制備，根據(jù) ASTM D648,所述高溫聚合物在18. 56kg/cm2下具有至少250°C的熱變形溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述至少一種高溫聚合物包含兩種或更多種高溫 聚合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的方法，其中所述至少一種高溫聚合物包含選自 聚醚醚酮、聚酰亞胺、酚醛樹脂及其衍生物的聚合物。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述導體帶是由選自金屬、金屬合金 和非金屬材料的材料制造。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述基板帶、所述導體帶和所述包裝 帶中的至少一者是以卷筒形式提供。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述包裝帶被切成多個段材以用于后 續(xù)分批處理。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述孔口陣列包括排列在平行于所述 基板帶的縱向軸而延伸的至少一個縱向排中的孔口。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述基板帶與所述導體帶具有配準特 征以便將所述導體帶中的各個導體部分與所述基板帶中的相應孔口對準。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中利用連續(xù)接合在所述導體部分的周 邊部分周圍將所述導體部分接合到所述基板。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其中利用不連續(xù)接合在所述導體部分的 周邊部分周圍將所述導體部分接合到所述基板。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述導體帶中形成導體部分的陣 列的所述步驟包括在所述導體部分周圍創(chuàng)建薄弱區(qū)以促進從所述接合的帶材的所述接合 的導體部分周圍移除所述導體帶的未接合部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述薄弱區(qū)包括連接所述導體部分與周圍導體 帶的一個或多個窄帶和處于所述導體部分與周圍導體帶之間的壓印區(qū)域。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述導體帶中形成導體部分的陣 列的所述步驟包括移除所述導體帶中在所述導體部分周圍的某些部分并且留下與所述導 體部分連接的未接合導體帶材料幅材。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述未接合的導體帶材料幅材是通過在所述導 體部分附近破壞所述幅材以斷開所述幅材與所述導體部分和分離所述斷開的幅材與所述 接合的帶材的其余部分而被移除。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述從接合的帶材的接合的導體部 分周圍移除所述導體帶的未接合部分的步驟是在接合工具與所述導體帶接觸時進行。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中一個以上孔口被單個導電部分覆蓋。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在將所述各個導體部分中每一個的周邊部分與 所述基板帶中圍繞各相應孔口的部分接合之后，將被單個導電部分覆蓋的相鄰孔口之間的 導體材料部分移除，使得被單個導電部分覆蓋的各孔口被單獨的導電部分覆蓋。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述基板帶與所述導體帶是在其縱 向軸彼此平行的情況下對準。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的方法，其中所述基板帶與所述導體帶是在其 縱向軸在接合期間彼此垂直的情況下對準。
21. -種制造氫氣發(fā)生器的方法，所述方法包括以下步驟： (a) 提供一個或多個通過以下步驟制造的燃料單元： (1) 在由熱導率小于10瓦/米?開的不導電材料制造的基板帶中形成孔口陣列； (2) 提供由熱導率大于10瓦/米?開的導電材料制造的導體帶； (3) 在所述導體帶中形成導體部分的陣列； (4) 使所述導體帶中的各個導體部分與所述基板帶中的孔口對準； (5) 將所述各個導體部分中每一個的周邊部分與所述基板帶中圍繞一個或多個所述孔 口的部分接合，以形成接合的帶材；和 (6) 從所述接合的帶材的接合的導體部分周圍移除所述導體帶的未接合部分，以形成 包裝帶； (b) 提供具有一個或多個腔室的殼體以便可移除地含有一個或多個所述燃料單元； (c) 提供一個或多個加熱元件，各加熱元件經(jīng)過配置以便將所述一個或多個燃料單元 中的反應物組合物的一部分至少加熱至最低反應溫度； (d) 提供能量源和電氣線路以便向所述一個或多個加熱元件供應電流；和 (e) 將所述殼體、所述加熱元件、所述能量源和所述電氣線路以可在所述一個或多個燃 料單元被可移除地插入所述一個或多個腔室中時產(chǎn)生氫氣的配置進行組合。
【文檔編號】C01B39/00GK104428057SQ201380036613
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】T·J·克梅蒂奇, C·E·羅, R·A·蘭根 申請人:智能能源公司