專利名稱：燃料電池再充電器的制作方法
燃料電池再充電器背景技術(shù)燃料電池迅速變成高能量密度便攜式燃料源，其可以替換當(dāng)今使用 的許多電池。燃料電池的一種形式包含提供氫給膜的燃料，膜通過組合 氬和氧以形成水而操作產(chǎn)生電。可以使用諸如金屬氬化物或其他存儲氬 且在選定的壓力下釋放它的物質(zhì)的燃料。它們可以通過將它們暴露到加 壓的氫下而再充電。加壓的氫典型地在商業(yè)環(huán)境中產(chǎn)生且存儲在加壓容 器中。由于導(dǎo)致消費者當(dāng)前能夠再充電通用的可再充電的電池的類似理 由，需要消費者能夠在他們的家中再充電燃料電池。進(jìn)一步，希望快速 地再充電燃^l"電池。發(fā)明內(nèi)容一種便攜式燃料電池充電器具有水源和聯(lián)接到水源且適于聯(lián)接到 電源的電解槽。電解槽將水轉(zhuǎn)化成氧和氬。燃料電池筒聯(lián)接器聯(lián)接以接 收氫，且適于聯(lián)接到燃料電池筒以將加壓的氫提供給燃料電池筒。


圖1是根據(jù)示范實施例的便攜式氫燃料容器充電器的方塊圖； 圖2是圖示根據(jù)示范實施例的便攜式氫燃料容器充電器的進(jìn)一步細(xì) 節(jié)的方塊圖；圖3是圖示根據(jù)示范實施例的進(jìn)一步可替換的便攜式氫燃料容器充 電器的細(xì)節(jié)的方塊圖；圖4是圖示具有根據(jù)示范實施例的可再充電的燃料筒的燃料電池的 方塊圖。
具體實施方式
在以下說明書中，參考形成i兌明書一部分的附圖，且其中以圖示的 方式顯示可以實施的具體實施例。這些實施例描述得足夠詳細(xì)以使本領(lǐng) 域中普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，且應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用其他實 施例且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)、邏輯和電氣改變而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，以下說明書并不理解為限制的意思，且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求 書限定。圖l是大體上以100圖示的便攜式氫燃料容器充電器的方塊圖。在 一個實施例中，充電器100包含在容器105中，其可以具有方便的和便 攜的尺寸，且也提供到希望的電源的連接件。蓄水池110為氫的產(chǎn)生提 供水源。在一個實施例中，水可以為自來水、過濾水、蒸餾水或去離子 水?？梢允褂萌ルx子水或蒸餾水以最小化充電器100的其他元件的污染。在一個實施例中，水純化器112可以聯(lián)接到蓄水池110。水純化器 可以為基于離子交換樹脂的水純化器或其他類型的水純化器。在進(jìn)一步 的實施例中，不需要使用水純化器。電解槽115被聯(lián)接以接收水，例如 來自蓄水池110或水純化器112的水。當(dāng)聯(lián)接到適當(dāng)?shù)碾娫磿r，電解槽 115將水分離成氬和氧。在一個實施例中，諸如用于燃料電池的PEM(質(zhì) 子交換膜)用作電解槽115。當(dāng)用電極跨過PEM施加電壓且催化劑應(yīng)用 于它的表面時，水被分離成氫和氧，其分別在陰極和陽極產(chǎn)生。氣體在 膜的不同側(cè)上產(chǎn)生。氬通過通道120提供給過濾器125。過濾器125從 氫氣流中去除雜質(zhì)，且提供給通道130。氧可以排出到周圍環(huán)境，例如 通過通道135。通道130提供氬給保持器140,用于燃料電池的燃料容器可以插入 到保持器140內(nèi)以接收加壓的氬。在多種實施例中，燃料容器145可以 包括能夠保持氫的媒介，例如多種金屬氫化物或碳納米管或其他碳納米 結(jié)構(gòu)，如果希望甚至可以是加壓的氫氣罐。保持器140可以具有適當(dāng)?shù)?聯(lián)接機(jī)構(gòu)以密封地聯(lián)接到燃料容器，以避免在填充過程中氫的泄漏?？梢杂脷淠娣磻?yīng)或再充電的示范金屬氬化物包括LaNi5H5、 FeTiH2、 Mg2NiH4、和TiVzH4。示范的可逆的化學(xué)氬化物包括但不限于NaAlH4、 LiAlH4、 Mg(AlH4)2、 Ti(AlH4)4、 Fe(BH4)4、 NaBH4、和Ca(BH4)2。在進(jìn)一步的實施例中，電解槽可以使用，其提供氬和氧給選擇性地 可滲透的膜。這種電解槽可以典型地包括放在水中的離散電極，當(dāng)施加 電流時，氧和氫從電極冒泡。根據(jù)希望，選擇性地可滲透的膜允許氫通 過，而排出氧到周圍環(huán)境或其他目的地。在一個實施例中，當(dāng)聯(lián)接到保持器140時，熱交換器150定位在該 燃料容器附近以吸取熱。在壓力下提供氬給燃料容器145導(dǎo)致放熱反應(yīng)， 且為了增加容器被充電的速度，熱應(yīng)當(dāng)被吸取。在一個實施例中，熱交5換器150包括用于空氣冷卻的散熱片，或者可以為液體冷卻，例如通過 使用來自蓄水池110的水。充電能夠非?？焖俚匕l(fā)生，例如對于一些尺 寸的燃料電池低于 一分鐘，例如能夠替換"AA，，電池或類似尺寸的電池。圖2是圖示便攜式氫燃料容器充電器200的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的方塊圖。 在一個實施例中，充電器200包含在容器205中，其可以具有方便的和 便攜的尺寸，且也提供到希望的電源的連接件。容器可以具有連接器207 以連接到電源，例如聯(lián)接到電源電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)墻上插座。在進(jìn)一步的實施 例中，207可以聯(lián)接到電池，例如12伏汽車電池?？刂齐娮悠骷?10聯(lián)接到不同的傳感器和控制器以控制燃料容器的 充電。在一個實施例中，風(fēng)扇215聯(lián)接到熱電冷卻器/冷凝器220以提供 給它環(huán)境空氣。冷卻器/冷凝器220可以包括芯吸材料或水可以在其上冷 凝和傳送的其他結(jié)構(gòu)。環(huán)境空氣具有足夠的濕度以允許冷卻器/冷凝器冷 凝足夠的水，以將蓄水池223填充至希望的水位。在一個實施例中，水 可以為自來水、過濾水、或去離子水。去離子水從冷卻器/冷凝器220 獲得且可以用于最小化充電器200的其他元件的污染。在一個實施例中，水純化器224可以聯(lián)接到蓄水池223。水純化器 可以為基于離子交換樹脂的水純化器或其他類型的水純化器。在進(jìn)一步 的實施例中，不需要使用水純化器。電解槽225被聯(lián)接以接收水，例如 來自蓄水池223或水純化器224的水。當(dāng)聯(lián)接到適當(dāng)?shù)碾娫磿r，電解槽 225將水分離成氫和氧。在一個實施例中，諸如用于燃料電池的PEM(質(zhì) 子交換膜)用作電解槽225。當(dāng)用電極跨過PEM施加電壓且催化劑應(yīng)用 于它的表面時，水#:分離成氬和氧，其分別在陰極和陽極產(chǎn)生。氣體在 膜的不同側(cè)上產(chǎn)生。氬通過通道230提供給過濾器235。過濾器235從 氫氣流中去除雜質(zhì)，且提供給通道240。氧可以排出到周圍環(huán)境，例如 通過通道135。如上，可以使用具有或不具有分離膜的其他電解槽。通道240提供氬給保持器245,用于燃料電池的燃料容器250可以 插入到保持器245內(nèi)以接收加壓的氬。在多種實施例中，燃料容器250 可以包括能夠保持氳的媒介，例如多種金屬氬化物或碳納米管或其他碳 納米結(jié)構(gòu)，如果希望甚至可以是加壓的氬氣罐。保持器250可以具有適 當(dāng)?shù)穆?lián)接機(jī)構(gòu)以密封地聯(lián)接到燃料容器，以避免在填充過程中氬的泄 漏。在一個實施例中，當(dāng)聯(lián)接到保持器250時，熱交換器255定位在該燃料容器245附近以吸取熱。在壓力下提供氫給燃料容器245導(dǎo)致放熱 反應(yīng)，且為了增加容器被充電的速度，熱應(yīng)當(dāng)被吸取。在一個實施例中， 熱交換器255包括用于空氣冷卻的散熱片260,或者可以為液體冷卻， 例如通過使用來自蓄水池223的水。充電能夠非常快速地發(fā)生，例如對 于一些尺寸的燃料電池低于一分鐘，例如能夠替換"AA"電池或類似尺寸 的電池。控制器210顯示為聯(lián)接到充電器200的多個元件。連接件表示到傳 感器和到控制器的連接。例如，控制器聯(lián)接到蓄水池223中的水位傳感 器以感測水的水位。當(dāng)水位達(dá)到預(yù)定點，不需要進(jìn)一步的水，且風(fēng)扇和 熱電冷卻器/冷凝器可以通過控制器210關(guān)閉?？刂破?10也可以聯(lián)接到相對濕度傳感器以優(yōu)化用于冷凝水的空氣 流。溫度傳感器可以聯(lián)接到保持器250和燃料容器245附近，以感測熱 和壓力，且調(diào)控燃料容器的冷卻和/或供應(yīng)的氳的壓力。也可以感測燃料 容器被完全充電且停止進(jìn)一步的氫的供應(yīng)。控制器210可以聯(lián)接到狀態(tài) 燈，例如紅燈用于指示充電正在過程中且綠燈用于指示充電完成。在進(jìn) 一步的實施例中可以提供可聽見的報警。圖3是圖示大體上以300指示的進(jìn)一步可替代的便攜式氫燃料容器 充電器的細(xì)節(jié)的方塊圖。在一個實施例中，充電器300包含在容器305 中，其可以具有方便的和便攜的尺寸，且也提供到希望的電源的連接件。 控制器310通過提供驅(qū)動器和開關(guān)控制充電器300的操作，以及如關(guān)于 前面實施例所述的傳感器以獲取過程信息。蓄水池315提供用于產(chǎn)生氫 的水源。在一個實施例中，水可以為自來水、瓶裝水、過濾水、或去離 子水等等水源。去離子水可以使用以最小化充電器300的其他元件的污 染。在一個實施例中，水純化器318可以聯(lián)接到蓄水池315。水純化器 318可以為基于水離子交換樹脂純化器或其他類型的水純化器。在進(jìn)一 步的實施例中，不需要使用水純化器。電解槽320被聯(lián)接以接收水，例 如來自蓄水池315或水純化器318的水。當(dāng)聯(lián)接到適當(dāng)?shù)碾娫磿r，電解 槽320將水分離成氳和氧。在一個實施例中，諸如用于燃料電池的PEM (質(zhì)子交換膜)用作電解槽320。當(dāng)用電極跨過PEM施加電壓且催化劑 應(yīng)用于它的表面時，水:故分離成氫和氧，其分別在陰才及和陽極產(chǎn)生。氣 體在膜的不同側(cè)上產(chǎn)生。氫通過通道328提供給過濾器330。過濾器330從氫氣流中去除雜質(zhì)，且提供給通道335。氧可以排出到周圍環(huán)境，例 如通過通道135。如上，可以使用具有或不具有分離膜的其他電解槽。通道335提供氬給泵/閥350,泵/閥350可以被控制以從通道335 提供且調(diào)控加壓的氳給保持器355,用于燃料電池的燃料容器可以插入 到保持器355內(nèi)以接收加壓的氫。在多種實施例中，燃料容器可以包括 能夠保持氬的媒介，例如多種金屬氫化物或碳納米管或其他碳納米結(jié) 構(gòu)，如果希望甚至可以是加壓的氫氣罐。保持器355可以具有適當(dāng)?shù)穆?lián) 接機(jī)構(gòu)以密封地聯(lián)接到燃料容器而避免在填充過程中氫的泄漏。在一個實施例中，當(dāng)聯(lián)接到保持器355時，熱交換器360定位在該 燃料容器附近以吸取熱。在壓力下提供氫給燃料容器導(dǎo)致放熱反應(yīng)，且 為了增加容器被充電的速度，熱應(yīng)當(dāng)被吸取。在一個實施例中，熱交換 器360包括用于空氣冷卻的散熱片，或者可以為液體冷卻，例如通過使 用來自蓄水池315的水。充電能夠非?？焖俚匕l(fā)生，例如對于一些尺寸 的燃料電池低于 一分鐘，例如能夠替換"AA"電池或類似尺寸的電池。圖4是圖示具有根據(jù)示范實施例的可再充電的燃料筒415的燃料電 池410的方塊圖。在一個實施例中，燃料筒使用帶閥的連接器以聯(lián)接到 燃料電池410而提供氫給燃料電池。閥也可以用于聯(lián)接到保持器355以 便當(dāng)聯(lián)接到充電器300時允許氫饋給到燃料筒415內(nèi)。當(dāng)筒在燃料電池 和充電器之間切換時，閥防止氫從筒泄漏。在一個實施例中，燃料電池 310和筒315的組合形成為與希望的現(xiàn)有電池形狀因素大致相同的形 狀，例如九Y犬、AA、 AAA、 C或D電池。也可以提供4支大的和不同的 形狀因素組合。提供摘要以符合37C.F.R.g1.72 (b),以允許讀者快速確定技術(shù)披 露的本質(zhì)和要點。提交摘要應(yīng)理解為它不用于解釋或限制權(quán)利要求書的 范圍或意思。
權(quán)利要求
1.一種便攜式燃料電池充電器，包括水源；聯(lián)接到水源的電解槽，其從水獲取氫且適于聯(lián)接到電源；以及燃料電池筒聯(lián)接器，其聯(lián)接到電解槽且適于聯(lián)接到燃料電池筒，以提供加壓的氫給燃料電池筒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式燃料電池充電器，其中電解槽包括質(zhì)子交換膜，當(dāng)聯(lián)接到適當(dāng)?shù)碾娫磿r，質(zhì)子交換膜在水中將H2從02分離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式燃料電池充電器，進(jìn)一步包括熱交 換器，其從接收加壓氫的燃料電池筒去除熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式燃料電池充電器，進(jìn)一步包括 聯(lián)接在水源和電解槽之間的水純化器；以及聯(lián)接在電解槽和燃料電池筒之間的氫過濾器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式燃料電池充電器，其中燃料電池再 充電器適于由標(biāo)準(zhǔn)家用電流、電池、或車用電池提供電力。
6. —種燃料電池燃料容器充電器，包括 熱電冷卻器/冷凝器；聯(lián)接到熱電冷卻器/冷凝器的蓄水池； 從水獲取氫的裝置；燃料電池容器聯(lián)接器，其適于聯(lián)接到燃料容器以從獲取氫的裝置提 供加壓的氬給燃料容器；以及電子器件，其適于接收電力且接收傳感器輸入并提供控制信號以控 制用氫的燃料容器的充電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池容器充電器，其中電子器件接收 來自蓄水池的水的水位傳感器信息，且作為蓄水池中的水的水位的函數(shù) 控制用于獲得水的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池容器充電器，其中電子器件從燃料電池容器聯(lián)接器附近的溫度傳感器接收溫度信息， 以控制提供到接附的燃料容器的氬的量；以及進(jìn)一 步包括泵/閥，其聯(lián)接到燃料電池容器聯(lián)接器且聯(lián)接到電子器 件，用于作為溫度傳感器信息和壓力傳感器信息的函數(shù)而控制泵/閥。
9. 一種使用自備消費者充電器充電用于燃料電池的氫燃料容器的 方法，該方法包4舌從周圍環(huán)境冷凝水以提供水源；乂人水源電解水以產(chǎn)生加壓氫；以及提供加壓氳給燃料電池燃料容器而充電燃料容器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括 吸取由燃料容器產(chǎn)生的熱；以及 其中足夠的熱被吸取以在小于一分鐘內(nèi)充電燃料容器。
全文摘要
一種便攜式燃料電池充電器，其具有水源和聯(lián)接到水源且適于聯(lián)接到電源的電解槽。燃料電池筒聯(lián)接器聯(lián)接到電解槽且適于聯(lián)接到燃料電池筒以從電解槽提供加壓的氫給燃料電池筒。
文檔編號H01M16/00GK101263625SQ200680033268
公開日2008年9月10日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者S·J·?？嘶舴? S·N·科拉文努 申請人:霍尼韋爾國際公司