專利名稱：用于氫燃料發(fā)電裝置的燃料電池堆的制作方法
用于氫燃料發(fā)電裝置的燃料電池堆
發(fā)明背景
類似于普通電池，燃料電池用于通過化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)電能。不像普通電池儲 存反應(yīng)物那樣，燃料電池是通過為電池持續(xù)提供反應(yīng)物而運作的。在一個典型 的燃料電池中，氫氣作為一種反應(yīng)物，而氧氣作為另一種反應(yīng)物，這兩種反應(yīng) 物在電極處發(fā)生反應(yīng)，以便形成水分子并且以直接電流的形式釋放能量。只要 提供氫氣和氧氣，該裝置及過程可以連續(xù)生產(chǎn)電能。雖然氧氣可以儲存或者來 自空氣，但氫氣是由其他化合物通過可控化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，而非來自儲存的 氫氣，這種氫氣可能需要壓縮或超低溫冷卻。隨著燃料電池技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)生應(yīng) 用于燃料電池的氫氣的手段也在發(fā)展。
產(chǎn)生氫氣的一個手段是通過活性化學(xué)氫化物。此過程需要由干燥、高反應(yīng) 活性的固體通過其與水反應(yīng)來化學(xué)合成氫氣。特別適合此過程的化合物是氫化 鋰、氫化釣、氫化鋁鋰、氫硼化鈉及其組合物，每一化合物都能釋放大量氫氣。
已發(fā)現(xiàn)，來自化學(xué)氫化物和液態(tài)水的反應(yīng)產(chǎn)物一般形成餅狀或糊狀物，其 妨礙活性化學(xué)物與液態(tài)水或酸的進一 步反應(yīng)。
此外，化學(xué)氬化物與液體的反應(yīng)會難以控制，并且通常會導(dǎo)致生成多于開 動小型電子裝置所需要的氫氣。
為了解決此問題，引入氫燃料能與水蒸氣而非液態(tài)水反應(yīng)的方法，在許多 氫氣發(fā)生器設(shè)計中，精巧的發(fā)電裝置系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)與化學(xué)燃料反應(yīng)的水蒸氣以 及調(diào)節(jié)水蒸氣與化學(xué)燃料的反應(yīng)速率。附圖簡要說明


圖1是根據(jù)一個示例性實施方案的燃料芯塊的剖面圖。
圖2是根據(jù)一個示例性實施方案的包含燃料芯塊的發(fā)電裝置的剖面圖。
圖3是根據(jù)一個示例性實施方案的正在開裂的燃料芯塊化學(xué)氫化物的剖面圖。圖4是根據(jù)一個示例性實施方案的多個正在開裂的燃料芯塊化學(xué)氫化物部 段的剖面圖。
圖5是根據(jù)一個示例性實施方案的多個具有小孔的燃料芯塊部段的剖面圖。 圖6是根據(jù)一個示例性實施方案的具有多孔的柱狀燃料芯塊的剖面圖。
圖7A和7B是根據(jù)一個示例性實施方案的具有燃料電池堆的發(fā)電裝置頂部
及底部的剖面圖。
圖7C是圖7A所示的發(fā)電裝置頂部示意圖的局部剖視圖。
圖8是根據(jù)一個示例性實施方案的陽極面罩的俯視圖。
圖9是根據(jù)一個示例性實施方案的具有孔洞的多圖案陽極的圖示。
圖IO是根據(jù)一個示例性實施方案的圖9的放大圖。
圖11示出根據(jù)一個示例性實施方案的具有陽極氣體擴散層的粘著層。
圖12示出根據(jù)一個示例性實施方案的離子交換膜層。
圖13示出根據(jù)一個示例性實施方案的包含陰極層氣體擴散層的雙面粘著層。
圖14示出根據(jù)一個示例性實施方案的具有多孔電極的陰極圖案。 圖15示出根據(jù)一個示例性實施方案的陽極面罩。
圖16示出根據(jù)一個示例性實施方案的使用圖15的面罩的多個陽極圖案。 圖17是根據(jù)一個示例性實施方案的燃料電池堆的立體分解圖。具體說明
下面的描述將參考構(gòu)成本文的一部分的附圖，在附圖中以圖解方式示出可 以被實施的具體實施方式
。這些實施方案被非常詳細地描述，以便本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，并且應(yīng)理解，其它實施方案可以被應(yīng)用并且在不背 離本發(fā)明范圍的情況下可以進行結(jié)構(gòu)的、邏輯上的和電學(xué)上的改變。因此，下 面描述的示例性實施方案不是限制性的，并且發(fā)明的范圍在從屬權(quán)利要求中限 定。
本文描述了由化學(xué)氫化物、金屬氫化物和選擇性透過膜組成的燃料芯塊。 化學(xué)氫化物部分可以劃分為若干有氣體空間在其間的部分，以幫助水蒸氣和氫 氣的運輸。在一個實施方案中，化學(xué)氫化物在接觸水蒸氣的同時生成氫氣，金屬氫化物根據(jù)溫度和氫氣壓可逆地吸收/釋放氫氣。在各種實施方案中，燃料芯 塊氫化物提供大量可釋放用于燃料電池的氫氣的貯存，金屬氫化物提供更高水 平的用于更高要求脈沖間隔的氫氣。選擇性透過膜是水不可透而氫氣和水蒸氣 可透的膜。它也可以提供一定容積以幫助燃料芯塊保持期望的形狀，和防止燃 料顆粒離開芯塊并污染發(fā)電裝置。期望的形狀包括那些適合現(xiàn)有的和將來的普 通形式電池。在另外的實施方案中，燃料芯塊可開裂以進一步幫助水蒸氣和氫 氣的運輸。
圖1示出了包括多塊部段110， 112, 114， 116和118的燃料芯塊100。燃 料芯塊100可由非流體、吸濕的以及多孔的材料構(gòu)成。上述芯塊可以用于包含 一個或多個燃料芯塊的氫氣生成發(fā)電裝置。發(fā)電裝置可以包括在發(fā)電裝置殼中 的燃料室，發(fā)電裝置殼容納燃料，燃料可以封進或包進水不可透而氫氣和水蒸 氣可透的材料130.燃料與水蒸氣反應(yīng)生成能被至少一個燃料電池用以產(chǎn)生電力 的氫氣。
在一個實施方案中，燃料芯塊包含非流體、吸濕的以及多孔的材料，其以 允許氣體和蒸汽擴散的芯塊形式存在?？梢允褂玫牟牧习ǖ⒉幌抻趬A金屬、 氫化鈣、氫化鋰、氫化鋁鋰、氫硼化鋰、氫硼化鈉及其組合物。合適的堿金屬 包括但并不限于鋰、鈉和鉀。當(dāng)與水分子接觸時，這些燃料發(fā)生反應(yīng)，并釋放 氫氣。燃料可視情況與氫氣生成催化劑結(jié)合以催化水蒸氣和非流體物質(zhì)的反應(yīng)。 合適的催化劑包括但并不限于鈷、鎳、釕、鎂及其合金和組合物。
燃料芯塊100可用于圖2中的剖^L圖所示的發(fā)電裝置200。燃料電池層210 可以圍著燃料芯塊100包裹。膜215可以布置在容器220中，該容器對發(fā)電裝 置200內(nèi)部和周圍之間的壓力差有反應(yīng)，以便經(jīng)由活門調(diào)節(jié)氫氣的生成，該活 門可以與燃料電池層210為一體，或者布置在容器220中。燃料電池層210可 以電連接于陰極225和陽極230。陰極和陽極安置在期望的位置，如容器220 的任一端。
在一個實施方案中，容器220具有改裝成與期望的普通電池形狀一致的形 狀，如"AA，， 、 "AAA" 、 "C，，和"D，，。燃料芯塊可以具有圓柱形狀并且可以 改裝成與期望形狀一致的形狀。也可以提供其它容器形狀，這些形狀與其它已存在的電池形狀或新電池形狀一致。
在 一 個示例性實施方案中，燃料芯塊可以裂開以增加芯塊的體表面積進而 允許水蒸氣的滲透。開裂的芯塊是被壓碎以具有裂縫的芯塊，并且可以被壓碎 成塊狀，但仍保持在期望的外形?？偪紫抖瓤梢栽黾?。開裂的芯塊具有允許水 蒸氣擴散進芯塊的裂縫，其有效地增加了小球提供給水蒸氣的體表面積。
圖3中的剖面圖示出了用于裂開芯塊的設(shè)備300，芯塊310置于固定裝置 320中。固定裝置320具有開口 325 ，其為芯塊310提供小室并且防止芯塊開裂 時改變形狀?；钊?10或其它壓入設(shè)備推向芯塊310的暴露面，導(dǎo)致多條裂縫 的出現(xiàn)。圖3中的裂縫340圖像不意味著代表芯塊中實際出現(xiàn)的裂縫。活塞的 作用力可以使裂縫在不顯著改變芯塊形狀的情況下產(chǎn)生，這樣當(dāng)芯塊遠離開口 325時，允許其保持外形。在一個實施方案中，活塞的作用力足以引起大量水蒸 氣可穿透的裂縫，以便有效地增加芯塊的體表面積，從而允許芯塊按需求提供 更高等級的氫氣。
其它產(chǎn)生上述芯塊裂縫的方法可以被使用，如活塞的不同形式、撞擊的不 同類型。在一個實施方案中，加熱和冷卻循環(huán)可以被使用，并且可以包括使用 溫度反應(yīng)性容積來產(chǎn)生裂縫。
圖4所示為相似的設(shè)備400。在固定設(shè)備420中示出了多個芯塊部段410， 412， 414和416。水蒸氣可透而水不可透的膜422設(shè)置在芯塊附近。固定設(shè)備 420具有開口 425，其為芯塊提供小室并且?guī)徒M防止芯塊開裂時改變形狀?；钊?430或其它壓入設(shè)備推向芯塊的暴露面，導(dǎo)致多條裂縫的出現(xiàn)?；钊淖饔昧?以使裂縫在不顯著改變芯塊形狀的情況下產(chǎn)生，這樣當(dāng)芯塊遠離開口 425時， 允許其保持外形。
在一個實施方案中，活塞的作用力足以引起大量水蒸氣可穿透的裂縫，以 便有效地增加芯塊的體表面積，從而允許芯塊按需求提供更高等級的氫氣。在 一個實施方案中，作用力因膜422幫組芯塊保持其形狀的能力而增加。在一個 實施方案中，開裂的芯塊浸泡在疏水物質(zhì)中，疏水物質(zhì)滲透至少一部分裂縫以 幫助防止在芯塊暴露于液態(tài)水的情況下顯著的氫氣生成。
現(xiàn)提供關(guān)于水蒸氣可透而液態(tài)水不可透的材料130另外細節(jié)。水蒸氣可透而液態(tài)水不可透的材料130可以包括任何具有這類特征并且包含多孔聚合物膜 和織物，以及油類和橡膠類的材料?？梢酝ㄟ^使用任何適于選擇的封裝材料的 適合方法封裝燃料，如包裹，包覆等。在一個實施方案中，水蒸氣可透而液態(tài) 水不可透的材料包裹在燃料周圍，并且視情況包裹燃料的端部。
在一個實施方案中，水蒸氣可透而水不可透的材料130包含微孔聚合物膜。 上述聚合物膜包含但不限于含單層和多層氟聚合物的材料、含聚酯材料或含聚 丙烯材料。適合的含氟聚合物的材料包含聚四氟乙烯(PTFE)和膨體聚四氟乙 烯(ePTFE), PFA， FEP。實施例中含氟聚合物的材料是商業(yè)銷售的Gore-Tex , eVent⑧和HyVent⑧商標(biāo)的膜和織物。Gore-Tex⑧是特拉華州紐瓦克W. L. Gore and Associates商業(yè)銷售 一種膨體聚四氟乙烯(e-PTFE ) , eVent⑧是特拉華州 BHA技術(shù)(BHA technologies) 制造的聚四氟乙烯(PTFE ) 。 HyVent⑧是特拉 華州威爾明的頓北面服飾股份有限公司(North Face Apparel Corp.)商業(yè)銷售的 含聚亞氨酯材料。其中，優(yōu)選e-PTFE Gore-Tex⑧材料。
這些材料可以是單層或多層膜或織物，或涂層形式，稱為防水透氣材料。 透氣膜一般由復(fù)合在諸如尼龍或聚酯之類薄膜表面的膨體聚四氟乙烯，聚亞氨 酯或聚丙烯的微孔層構(gòu)造。透氣涂層一般通過在諸如本發(fā)明固體燃料之類的材 料表面上直接敷涂多孔薄膜或疏水聚合物而形成。透氣性通?？捎脙煞N方法測 量。 一方法是，可以通過單位平方米或者100平方英尺的織物在"小時內(nèi)允許 通過的以克計量的蒸汽量(克/平方米/24小時或克/平方英尺/24小時)來測試 材料的水蒸氣傳遞速度。常規(guī)測定方法包括ASTM E-96 Method B中所述步驟和 ASTM F1249中所述的步驟。第二個方法是通常所說的紡織品蒸發(fā)阻力(RET)。 RET值越低，透氣性越高，也就是，將會通過的濕氣量越多?；贏STEM E-96 Method B，透氣性分為速率100-1000克/平方米.24小時，500-2000克/平方 米.24小時及700-1200克/平方米.24小時。在所述范圍內(nèi)外的其它速率也可 以使用。
微孔材料通常具有從大約0.1微米到大約100微米不等的孔隙率以及從大 約0.1微米到大約100微米不等的厚度?？尚薷牟牧系目紫堵屎秃穸纫缘玫狡?望的水蒸氣通量，同時防止液態(tài)水滲透。在一個實施方案中，孔隙率可從大約0. 01微米到大約5微米不等。更大或更小的孔隙率可以結(jié)合其它設(shè)計參數(shù)使用
以獲得期望的總透濕性。
在另一個實施方案中，水蒸氣可透而液態(tài)水不可透的材料包含微孔油性涂 料或橡膠涂料。在一個實施方案中，浸入芯塊的疏水材料被使用，從而防止在 芯塊被破壞并且內(nèi)部暴露于液態(tài)水的情況下氪氣快速的釋放。上述材料可以包
含PTFE分散體和其它諸如可以浸入芯塊的油類的材料，從而防止在芯塊被破壞 并且內(nèi)部暴露于液態(tài)水的情況下氫氣快速的釋放。油類可包括但不限于礦物油、 石化油品，其主要由飽和碳氫化合物、諸如二曱苯之類的油性容積以及固體石 蠟組成。上述橡膠包括但不限于硫化橡膠、異戊二烯、硅烷、聚亞氨酯、氯丁 橡膠和基于氟聚醚(fluoropolyether )的橡膠。任何常規(guī)涂層方法可以用于通 過微孔油性涂料或橡膠涂料封裝燃料。例如，燃料可以與油性或橡膠溶液、容 積和硫化劑混合以形成混合物，該混合物加熱并且攪動以獲得期望稠度，然后 成粒、干燥和(視情況)制丸。適合用于形成油性或者橡膠溶液的溶劑包括但 不限于諸如甲基乙基酮、異己酮之類的酮類，醚類和酯類。適合的硫化劑包括 但不限于包含至少一種異氰酸酯基團的有機硅烷。上述混合物可以從大約0° C 至大約1000° C，或從大約20° C至大約500。 C之間的溫度下在合適容器中形 成，并且千燥大約1至24小時。其他成粒和芯塊形成技術(shù)可以被使用。
類似于上述的膜，可修改油性或橡膠涂料的孔隙率和厚度以得到期望的水 蒸氣通量，同時防止液態(tài)水滲透。在一個實施方案中，油性或橡膠涂料具有從 大約0. 001微米至大約1微米，或從大約0. 01微米至大約0. 5微米，又或從大 約0. 05微米至大約0. 1微米的孔隙率。更大或更小的孔隙率可以結(jié)合其它設(shè)計 參數(shù)使用以獲得期望的總透濕性。進一步地，在一個實施方案中，油性或者橡 膠涂料具有從大約o. 01微米至大約IO微米，或從大約0. 05微米至大約5微米， 又或從大約0. 1微米至大約1微米的厚度。
雖然本文描述的燃料特別適合于在發(fā)電裝置的使用，封裝的燃料實際上可 以用于任何類型被設(shè)計來利用現(xiàn)場生成氫氣的發(fā)電裝置設(shè)備。 芯塊制造在一個實施方案中，50克氫化鋁鋰粉末可以混合進100ml己烷和大約0. 1 克石?；鹉z溶液中。石克化橡膠溶液包含硫化劑。混合物在通風(fēng)櫥中攪拌加熱到 500° C?；旌衔镌诩訜釙r可以持續(xù)攪動，直到全部混合物具有柔軟的、橡膠似 的稠度。軟塊從通風(fēng)櫥移除并且在400目篩上成粒。在大約600° C下從通風(fēng)廚 的熱空氣干燥爐中收集干燥小粒大約8小時。干燥小粒在壓型機中芯塊化并且 準(zhǔn)備待用。這僅僅是用于制備芯塊小粒的一個示例方法。在另外的實施方案中， 參數(shù)可以變化，不同的方法可以隨意使用。
在一個實施方案中，芯塊是固體并且具有大約20%的滲透性。孔隙率可以變 化以控制體積膨脹和氫氣生成速率。多塊芯塊部段可以垂直堆放以提供具有更 大高度的圓柱狀芯塊。單個部段的高度可以變化以增加芯塊表面積，表面積的 增大也可以增加氫氣生成速率。在一個實施方案中，芯塊可以經(jīng)受壓碎以進一 步通過裂縫增加體表面積，而仍然保持它們的外形。
圖5是另一燃料包裝500的剖面圖。燃料包裝500包含多塊垂直堆放的化學(xué) 氫化物燃料芯塊部段510， 512， 514， 516和518。水蒸氣可透而水不可透的膜 520可以布置在燃料芯塊部段的周圍，它的形狀可以是圓柱狀的。在某些實施方 案中，膜520可以延伸過燃料芯塊組的端部。如果需要，在膜520和燃料芯塊 之間可以具有空氣間隙(air gap)。在一個實施方案的燃料芯塊中可以形成孔 530。孔5 30可以貫穿一個或多個芯塊部段，或者部分貫穿一個或多個芯塊部段。 在一個實施方案中，孔與燃料芯塊的軸線同心，但是也可以與軸線平行，或者 橫穿軸線又或以任何角度在其間。孔530可以為燃料芯塊在不同時間和環(huán)境條 件下的膨脹提供空間。
在另一個實施方案中，孔530可以具有金屬氫化物多孔棒540或者置于其 中的芯塊部段。在一個實施方案中，棒可以是圓柱狀的。在另一個實施方案中， 棒540可以具有與孔530 —致的形狀，或者可以具有與孔530不同的形狀以允 許水蒸氣更容易地遷移。在一個實施方案中，棒540具有與孔相同的形狀以便 優(yōu)化氫氣生成。棒540可以用于根據(jù)對電力的高要求以比芯塊產(chǎn)氫更快的初速 率提供氫氣，并且可以在低電力需求時通過芯塊的化學(xué)氫化物部分生成的過量 的氫氣進行再充電。金屬氫化物制備過程
金屬氫化物燃料的制備可以首先通過壓碎或磨碎金屬氫化物(例如，在球 磨機中)以獲得在1微米至1毫米范圍內(nèi)的金屬氬化物顆粒(在一個實施方案 中需要10至100微米范圍內(nèi)的顆粒)。金屬氬化物也可以通過反復(fù)暴露于高壓 氫氣(大于500psi )和真空中來制備，此過程將金屬氫化物破碎為更小的顆粒。 獲得的金屬氫化物然后可以在真空下(壓力小于10mTorr)加熱到大于100° C 并維持數(shù)個小時。施加高壓氫氣(大于500psi )數(shù)小時。加熱和高壓氫氣步驟 可以重復(fù)數(shù)個循環(huán)。金屬氫化物可以用氣相二氧化硅或者下述的溶膠-凝膠法封 裝，或者用銅包覆。獲得的封裝或包覆金屬氫化物可以塑造為圓柱狀芯塊的形 式。這僅僅是用于制備芯塊小粒的一個示例方法。在另外的實施方案中，參數(shù) 可以變化，不同的方法可以隨意使用。
封裝過程(氣相二氧化硅法)
一個可以用于將金屬氫化物顆粒埋入或者封裝進二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中的方法首 先是提供預(yù)定量的無定形氣相二氧化硅。這種物質(zhì)可以是高純度二氧化硅和商 業(yè)銷售的CAB0T公司的RTM. EH-5級CAB-0-Si 1。氣相二氧化石圭可以通過在氫氧 焰中燃燒四氯化硅氣體而形成。
在 一 個實施方案中，氣相二氧化硅混合進水以便經(jīng)由聚合作用形成糊狀物。 水與氣相二氧化硅的質(zhì)量比的范圍在3: 1到9: 1之間。金屬氫化物顆粒加入糊
狀物以便埋入二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中。金屬氫化物顆粒與氣相二氧化硅的質(zhì)量比的范 圍在0. 18: 1到2. 3: 1之間。實際上，金屬氫化物一般構(gòu)成最終產(chǎn)物重量的15% 至70%。在一個實施方案中，金屬氬化物顆粒具有從0. 5微米到100微米范圍之 間的粒徑。在一個實施方案中，建議顆粒小于50微米。能用在組合物中的金屬 氫化物實例包括諸如Pd之類的純氫化物和更復(fù)雜的Pd、 Ti、 La、 Ni、 Zr、 Co 和A1的合金。在另一個實施方案中，金屬氫化物可以以細粒的形式制造。
根據(jù)一個實施方案，使糊狀物干燥以形成固體。干燥糊狀物最簡單的方法 是使其風(fēng)干。然而，使用加熱和/或真空干燥技術(shù)可以提供額外的有利特性。其 次，固體組合物可以通過使用商業(yè)研磨器，谷物磨粉機或僅僅使用研缽和枓來磨碎。 一般磨碎的固體通過篩過濾從而收集期望粒徑的小粒，用來包裝進通常 在氫氣儲存或分離系統(tǒng)中使用的柱體或床體。
如果需要，磨碎的固體能加回到新的氣相二氧化硅糊狀物，然后干燥和磨 碎從而形成具有雙層埋入金屬氫化物顆粒的二氧化硅層。該過程可以重復(fù)以便 產(chǎn)生具有多層二氧化硅層的組合物。
此外，糊狀物能倒入模具然后使用上面所討論的技術(shù)干燥以形成盤狀物、 柱狀物、或其它期望的形式，用于將氫氣從其它氣體過濾。
實際應(yīng)用中的機械強度是重要的，糊狀物能充滿多孔物質(zhì)或線狀網(wǎng)絡(luò)并且 再次使用上述技術(shù)干燥。有利的是，糊狀物用途很廣泛，容易適應(yīng)在各種應(yīng)用 中的使用。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案，為了對氧氣和其它雜質(zhì)產(chǎn)生更大阻力，可以 將非水溶性液體添加到該糊狀物。這類液體的實例包括普通涂料稀釋劑和A級 spirit type ll礦物油。非水溶性液體能夠?qū)⒑隣钗锲茐某晌⒘钗镔|(zhì)，微粒 物質(zhì)然后能使用上述技術(shù)干燥。下面的步驟描述了包含非水溶性液體的本發(fā)明 的一個示例性實施方案。
首先，獲取85克氣相二氧化硅，33克粒徑為.ltoreq. 45微米的LaNi 4 25 A1。.7S 粉末(金屬氫化物)和351克去離子水。然后可以將水放入中等速度的混合器 中。向水中逐漸加入氣相二氧化硅和金屬氫化物直到?jīng)]有剩余并且形成均勻的 糊狀物。將混合器調(diào)至低速并且將17 0cc涂料稀釋劑(非水溶性液體)倒入糊 狀物。繼續(xù)混合直到糊狀物被破壞成微粒物質(zhì)。然后微粒物質(zhì)能從混合器中移 除并使用上述技術(shù)干燥。另外，微粒物質(zhì)能被磨碎并穿過篩，從而收集優(yōu)選粒 徑的最終產(chǎn)物。
如果需要，基于上述實施方案的最終產(chǎn)物能在諸如He或Ar之類的惰性氣 體中加熱處理，以便調(diào)節(jié)組合物的孔隙率或機械強度。這一熱處理過程就是通 常所說的燒結(jié)。
在最終產(chǎn)物中，二氧化硅顆粒經(jīng)由二氧化硅分子在接觸點的聚合作用形成 多孔網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中孔的大d、一般在1到100納米之間。相比之下，金屬氫化 物顆粒的粒徑范圍僅在0. 5樣￡米(細粒)到100微米之間。因為金屬氫化物顆粒比二氧化硅小孔大5至500倍，金屬氫化物可以更易保持在網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)產(chǎn)物 暴露在包含氫氣和其它氣體或不期望的雜質(zhì)的氣體混合物中時，氫氣因為其較 小的分子大小能自由穿過網(wǎng)絡(luò)的小孔。相反，其它氣體或雜質(zhì)的較大分子由二 氧化硅網(wǎng)絡(luò)過濾從而不能達到包含在網(wǎng)絡(luò)中金屬氫化物顆粒。這樣，在不擔(dān)心 氧化內(nèi)含的金屬氫化物的情況下，產(chǎn)物能自由暴露在大氣中。在某些實施方案
中，CO分子可以在某種程度的成功地過濾。除了用作過濾材料，二氧化硅網(wǎng)絡(luò)
也可以使金屬氫化物具有尺寸穩(wěn)定性以抑制它們在氫氣中反復(fù)暴露后破碎成細 粒的趨勢。雖然二氧化硅網(wǎng)絡(luò)不能完全防止細粒的形成，任何產(chǎn)生的細粒容納 在網(wǎng)絡(luò)中而不能進入氫氣儲存裝置，其能造成氣體流動的阻力甚至阻塞系統(tǒng)。 封裝過程(溶膠-凝膠法)
在一個本發(fā)明的實施方案中，氫化物組合物可以由如下的溶膠-凝膠法制 備。原料是有機金屬化合物，如四乙氧基硅烷。溶膠可以通過混合原料、醇和 酸來制備。溶膠調(diào)至適合的粘度并且加入氫化物細粉?；旌衔锇l(fā)生聚合，然后 在臨界條件下千燥。最終產(chǎn)物是將惰性的、穩(wěn)定的且高孔性的基質(zhì)與均勻分散 的氫化物結(jié)合的組合物。組合物能在常溫常壓下快速可逆地吸收超大量的氫氣
(多達大約30摩爾/千克)。組合物吸收的氫氣能通過運用加熱或真空的方法
立即釋放。
可以通過如下步驟制備該組合物
1. 制備溶膠溶液，將醇加入水中，同時攪拌水分以形成第一混合物。混合 物中醇與水分的比例優(yōu)選范圍為2: 1到5: 1 (醇水)。鑒于所期望的最終產(chǎn)物的 性質(zhì)，選擇比例。例如，混合物的醇/水比例越高，最終產(chǎn)物越均勻；此比例越 低，產(chǎn)物越顆?；?。盡管其它諸如甲醇之類的醇類可以使用，醇優(yōu)選為乙醇。
2. 通過添加鹽酸(HC1 )來調(diào)節(jié)混合物的酸度直到pH在大約1. 0至5. 0的 范圍內(nèi)。攪拌混合物數(shù)分鐘，優(yōu)選30分鐘。如果需要，可以使用其它酸類，如 硫酸(H2S04)或確酸(HN03)?；旌衔锏膒H和溫度影響最終產(chǎn)物的性質(zhì)，包括 它的密度、孔率和比表面積。生產(chǎn)具有期望性質(zhì)的組合物的最佳條件因此最好 是通過觀察和適度的實驗而確定。
3. 通過混合醇和諸如四乙氧基硅烷((C2H50) 4Si)之類的有機金屬化合物來單獨制備第二混合物。以大約1:2(乙醇四乙氧基硅烷)的比例將醇加入四乙 氧基硅烷中。攪拌數(shù)分鐘，優(yōu)選大約3G分鐘。如上述步驟(1)，雖然乙醇是 優(yōu)選的，其它諸如曱醇之類的醇類可以使用。
在本發(fā)明中使用的適合的有機金屬化合物包括但不限于MOJly和M(OR)x形式 的有機金屬，其中R是"H^形式的烷基，M是成金屬氧化物(oxide-forming metal)， n、 x和y是整數(shù)，并且y比M的化合價小2。其它適合的有機金屬包 括烷氧基硅烷，尤其是四乙氧基硅烷。要理解，醇的最優(yōu)攙合取決于特定的有 機金屬的選擇和期望的最終產(chǎn)物性質(zhì)。
4. 將第一混合物非常緩慢地添加到第二混合物中，優(yōu)選滴加，連續(xù)攪動， 以便形成溶膠溶液。
5. 使溶膠在密閉的容器中在常溫下靜置數(shù)小時，優(yōu)選大約24小時。
6. 移去容器的蓋子以使某些溶劑蒸發(fā)，直到溶膠達到接近重油的粘度。
7. 當(dāng)溶膠達到適合的粘度，添加氫化物細粒，并且攪動以在溶液中均勻懸 浮氫化物顆粒。可以添加多達大約干凝膠的50%重量比的氫化物。然而，氫化物 的催化效應(yīng)(下面討論)在非常少的攙合物條件下(小至干凝膠重量的1%或更 小)顯而易見。
氫化物的氫氣吸收速率一般與其表面積成比例。因此，粒徑越小，氫化物 的表面積越大同時它的總體氫氣吸收速率越快。氫化物可以是過渡金屬氫化物， 如A1、 Cu、 La、 Ni、 Pt，或其組合物，最優(yōu)選Pt或La —Ni —Al合金。氫化物 可以以具有粒徑小于大約100樣t米的細粉的形式應(yīng)用。
8. 如果需要，溶膠-氫化物混合物的密度能通過添加起泡劑來調(diào)節(jié)。適合 的起泡劑包括但不限于堿金屬皂、金屬皂、季銨化合物、去垢劑、堿金屬磷酸 鹽和氨基化合物。
9. 通過在常溫常壓空氣中平衡聚合混合物直到包含聚合物和液體的兩個連 續(xù)相的凝膠形成。
視凝膠的性質(zhì)和期望的最終產(chǎn)物性質(zhì)，聚合作用可以在不同溫度或壓力下 進行，在惰性環(huán)境(例如，氦氣或氬氣)，或其某些適宜的組合物。例如，低 溫一般減緩聚合反應(yīng)并且防止過度突然的聚合反應(yīng)。視溫度、壓力、環(huán)境、溶膠pH值和生產(chǎn)溶膠的原料等條件，基本完全的聚合反應(yīng)所需的時間從數(shù)分鐘到 數(shù)天不等。
聚合反應(yīng)最優(yōu)條件最好是通過對鑒于期望的組合物性質(zhì)的各特定原料組合 進行實驗而確定。如上所述的方法步驟1至8也可以在適宜的溫度和壓力下進 行，或者在非空氣的環(huán)境中進行，非空氣環(huán)境包括但不限于氦氣和氬氣。
10.干燥凝膠以移去液相。干燥可在乙醇(或其它在聚合過程中產(chǎn)生的醇)
的臨界條件下進行，也就是，溫度和壓力保持在乙醇固相、液相和氣相共存的
點上(243° C和63atm.)。在臨界條件下千燥能產(chǎn)生具有90%或更高孔率的組 合物。此外，干燥能在空氣中進行，或者當(dāng)允許更大密度時在其它環(huán)境中(包 括惰性環(huán)境)。
要理解，上述方法步驟在不同實施方式中可以發(fā)生變化。僅以示例的方式 來說明，凝膠溶液(步驟1至6)可以通過本領(lǐng)域已知的另外的適合步驟制備， 或者在混合物有適合的粘度的情況下，省略靜置(步驟5)或蒸發(fā)(步驟6)。
最終產(chǎn)物是包含多孔玻璃基質(zhì)的組合物，多孔玻璃基質(zhì)包含均勻分布的氫 化物顆粒。基質(zhì)是高孔率的，優(yōu)選大于80%的孔率及最優(yōu)選大于約90%的孔率。 因為其高孔率，基質(zhì)有非常大的比表面積，優(yōu)選大于約300mV克及更優(yōu)選大于 1000mV克或更高。組合物能以芯塊或其它按預(yù)期的用途設(shè)計的形狀制造。芯塊 具有尺寸穩(wěn)定性，其在許多氫氣吸收-解吸循環(huán)后仍保持完好無損。
組合物的孔率和比表面積越高，氬氣吸收可用的基質(zhì)表面和氫化物表面越 大。如上所述，多孔玻璃組合物的表面僅吸收少量氫氣。這里，意外的是，氣 凝膠基質(zhì)和氫化物的組合能儲存大量氫氣，其量大于氣凝膠和氫化物單獨儲存 量的總合。人們認為，氫化物可用作改進組合物氫氣儲存能力的催化劑，而不 希望被理論所束縛。這種催化效應(yīng)在非常低氫化物濃度(低至干凝膠重量的1%) 應(yīng)是顯而易見的。
以示例的方式i兌明，在另 一個實施方案中的組合物可通過添加兩<分乙醇和 一份水來制備，并且通過添加鹽酸來調(diào)節(jié)pH。 pH調(diào)節(jié)后的混合物添加到大約一 份乙醇和兩份四乙氧基硅烷的混合物中。攪動凝膠30分鐘，然后靜置大約24 小時并蒸發(fā)直到其達到接近重油的粘度。添加干凝膠重量4oy。的氫化物。氫化物是La — Ni —Al合金，優(yōu)選粒徑小于100微米的微粒以促進在基質(zhì)中均勻分散和 與氫氣更有效的接觸，其添加量為干凝膠重量的40%?；旌衔锉痪酆?，然后在常 溫常壓下干燥。
這種組合物在常溫常壓下吸收高達10摩爾/千克的氫氣。每千克組合物中 的氫化物量僅能吸收5摩爾的氫氣。因為氣凝膠單獨僅能吸收很少的氫氣，增 加的吸收能力是由于氫化物和氣凝膠的協(xié)同作用。
根據(jù)方法步驟所進行的成分和條件的選擇，組合物在常溫常壓下可快速可 逆地吸收高達30摩爾/千克的氫氣。組合物吸收的氫氣能通過加熱或排空立即 釋放。組合物的用途包括氫氣儲存和釋放，從氣體混合物中分離氫氣，以及抽 吸和壓縮氫氣。
金屬氫化物的性質(zhì)和特征
鋁置換LaNi5影響了氫氣平衡壓力，其隨著增加的置換量而降低。在一個實 施方案中，使用在O. l和l之間的鋁置換(y值)，其在25攝氏度產(chǎn)生大約1. 0-0. 1 巴的平衡壓力。
金屬和化學(xué)氫化物的作用
在一個實施方案中，化學(xué)氫化物是起始的、高密度的氫氣儲存原料。當(dāng)與 水蒸氣反應(yīng)時，化學(xué)氫化物不可逆地生成氫氣?；瘜W(xué)氫化物釋放氫氣的速率直 接與水蒸氣投放速率成比例。當(dāng)需要電流(電力)脈沖時，氫氣的消耗速率超 過水蒸氣向化學(xué)氫化物的投放速率，這樣同時也超過氫氣生成速率。在上述情 況下，氫氣快速耗盡，脈沖不能長時間維持。人們希望增加電流脈沖可以維持 的時間。在一個實施方案中，這通過向化學(xué)氫化物燃料芯塊添加金屬氫化物 (LaNiAl， TiFe等)得以實現(xiàn)。金屬氫化物能以相對固定的壓力快速可逆的吸 收和解吸大量氫氣。這樣，當(dāng)需要電流(電力)脈沖時，金屬氫化物能快速吸 收足夠以長時間位置脈沖的氫氣。當(dāng)脈沖結(jié)束時，化學(xué)氫化物釋放的氫氣被用 來對金屬氫化物緩慢進行再充電。
在一個實施方案中，芯塊具有選擇透過性外膜/外層。芯塊是環(huán)狀LiAlH4 燃料芯塊，燃料芯塊中有周期間隙(孔)以幫助水蒸氣擴散進燃料芯塊和氫氣 擴散出燃料芯塊。芯塊也可以在芯塊核心具有封裝金屬氫化物。與水反應(yīng)的LiAlH,圍繞層確保水蒸氣不能到達金屬氫化物核心，從而防止金屬氫化物的腐 蝕/降解。在一個實施方案中，導(dǎo)熱棒550置于的核心540的中心，該核心與金 屬氫化物接近且熱連接，并且連接于燃料電池罐以幫助熱傳輸進和傳輸出金屬 氫化物芯塊。棒550幫助在金屬氫化物中吸收熱量，從而使其解吸(釋放)氫 氣。棒550也使金屬氫化物釋放熱量以吸收氫氣(再充電)。在另一個實施方 案中，圍繞封裝金屬氫化物芯塊的多孔金屬網(wǎng)可用作傳熱機構(gòu)。
在一個實施方案中，如燃料芯塊600的俯視圖所示，可以提供多個孔。在 一個實施方案中形成沿軸線的立孔610，同時形成了其它立孔615和520。也形 成了平孔625和630。也可以以另外的實施方案中所示的孔之間的角度形成孔。 相同或不同角度的單孔或多孔可以用在不同實施方案中。在不同實施方案中選 擇的孔也可以包括金屬氫化物。
鍍銅法
在一個實施方案中，金屬氫化物可以用銅包覆。關(guān)于下述的方法，方法中 使用的量可以按比例縮放，醇為乙醇、CH3CH20H,或其它基于輸入的醇類。在一 個實施方案中，LaNiAl和Cu以100: 5的比例一起使用。比例可根據(jù)需要變化。 選擇的步驟可快速完成以使蒸發(fā)降到最低。
步驟
在第一容器中
1. 在50ml水中溶解3. 5g CuSO,。
2. 添加0. 5g EDTA (乙二胺四乙酸，(H02CCH2)2NCH2CH2N(CH2C02H)2))。
3. 加熱到50° C,攪動30分鐘，形成涂漬溶液。 在第二容器中
1. 用0. 63g (約0. 79cc )乙醇(CH3CH2OH )浸濕27. 9g LaNi4." Al。.75粉末。
2. 滴加甲醛(HCHO)，總計1.3g (約1.59cc)。攪動使其均勻。 在混合容器中
1. 混合浸濕的LaNi4.25 Al。75和涂漬溶液。劇烈攪動10分鐘。
2. 濾出LaN"." Al。.75粉末。
3. 用DI水漂洗5次。自然風(fēng)干。4.(可選的)最后，將粉末壓縮成期望的形狀。使用20MPa的最高壓縮壓力。
制造燃料芯塊電池堆
在一個實施方案中，燃料電池堆，如燃料電池堆210可以制成薄膜。在某 些實施方案中，它可以薄于lmm,并且可以彎曲以適合許多不同形狀。多層燃料 電池堆210可巻在一起，或者堆放一起，這樣就形成了為了便于制造的能繞燃 料或者活門彎曲的柔性膜。下面描述了用在圓柱狀電池形狀中的燃料電池層。 其它燃料電池層布局可以用來形成不同形狀。示例布局形成兩塊串聯(lián)燃料電池。
圖7A是示例發(fā)電裝置700的頂部剖面圖。從發(fā)電裝置700內(nèi)部開始，在一 個實施方案中的產(chǎn)氬燃料部包括在多孔熱導(dǎo)體層710中的多孔金屬氫化物705 。 氫化物705和導(dǎo)體層710置于化學(xué)氫化物715中。這些燃料設(shè)置在選擇性透過 膜720中。
固定活門725置于燃料混合物周圍，且包括多個開口形成讓氬氣和水蒸氣 通過的狹縫。移動活門7 30設(shè)在固定活門725周圍，其具有選擇性對應(yīng)或掩蓋 固定活門725中開口的開口 。
陽極支撐物735包圍活門組件并且支撐燃料電池堆740，燃料電池堆從燃料 接收氫氣并從周圍空氣接收氧氣，并且將它們轉(zhuǎn)化成水蒸氣和電力。燃料電池 堆設(shè)于容器745中，容器745形成有外部陰極750，外部陰極經(jīng)由小片(tab) 755電連接于燃料電池堆內(nèi)的陰極。容器745具有開口，以便從周圍空氣向燃料 電池堆210的陰極供應(yīng)氧氣。
壓敏活門隔板760連接于活門銷765,用于移動置于發(fā)電裝置7 00上的移動 活門730以根據(jù)電力需要調(diào)控氫氣和水蒸氣流。通向周圍的排氣口 770形成于 陰極7 50或其它適合的位置，以便向活門隔板760提供環(huán)境壓力。
圖7B所示為發(fā)電裝置700的下部，其與圖7A —致編號。陽極輸出小片775 連接于外部陽極780。氫氣沖填口 785穿設(shè)在陽極780和絕緣底部790中，在一 個實施方案中絕緣底部可以由聚合物PET制成。在另一個實施方案中，底部支 撐層787由金屬構(gòu)成，如不銹鋼，并提供額外的支撐。在一個實施方案中，底 部支撐層787用作防止燃料膨脹并沖出發(fā)電裝置700底部。它還向整個發(fā)電裝置700提供額外的機械強度(抵抗壓碎)。
圖7C所示為發(fā)電裝置700的上半部的局部立體圖，其與圖7A —致編號。
在一個實施方案中，發(fā)電裝置是圓柱形的，并且可以與用于電子設(shè)備的普通電 池或其它任意的電池一致成形。
在一個實施方案中，燃料電池堆740包括陽極電極791，其連接于陽極氣體 擴散粘著層792。氣體擴散層720連接于離子交換膜793，如Nafion⑧膜，其轉(zhuǎn) 而連接于陰極氣體擴散粘著層794。燃料電池堆740也包括陰極電極795。這些 元件形成為層并堆疊或巻在一起，兩層雙面氣體擴散粘著層792和794具有記 憶粘著力(retentive adhesion)。在另一個實施方案中，粘著層以不同方式 粘連，如不同粘著層上機械緊固件或粘合劑。在一個實施方案中，粘著層彼此 粘連一起，形成氣密電池堆。
現(xiàn)將描述在燃料電池堆中單獨粘著層的形成，后面有解釋粘著層在發(fā)電裝 置中如何裝配和使用的展開圖。為了形成陽極電極，在一個實施方案中可以使 用圖8中的陽極面罩800。環(huán)820緊湊支撐聚合物底物810，如KAPT0N,或PET。 面罩800有多個開口 840以讓金屬通過面罩開口 840沉積形成在本示例中的4 對陽才及。
在一個實施方案中，金屬可以通過面罩800蒸發(fā)沉積到2密耳(mil )厚的 PET層上。典型金屬化工藝可以包括用于清潔PET表面的離子減薄儀(ionmill )， PET表面之下是幾百埃(在一個實施方案中，200-300埃)的Ti和/或Al粘著 層，其下是1-2微米的Au (金)。其它導(dǎo)電材料也可以使用，但人們期望，它 們是高度導(dǎo)電且耐腐蝕的。許多其它工藝可以用來形成導(dǎo)電層或陽極層。在沉 積后，提起面罩800,可以用激光來切割獨特的圖案910, 912， 9"和916，如 圖9所示。各圖案包括兩陽極920, 922，其具有激光切割孔925以讓氣體通過 電極擴散。在此實施方案中，各陽極也具有小片930,從而當(dāng)燃料電池堆符合期 望的形狀(如圓柱形)時，使兩燃料電池的一系列電連接成為可能。
圖10是圖案910的放大圖，其以更大的形式示出電極920和"2。在一個 實施方案中，圖案910的一側(cè)可以具有在其上的粘合劑，以用來粘著陽極支撐 物。在一個實施方案中，圖案是2密爾(mil )厚的PET,其具有1密爾粘合劑，200A Ti，和lum Au。
圖11示出具有陽極氣體擴散層的粘著層1100。調(diào)準(zhǔn)片1100設(shè)置在期望的 位置以便與其粘著層對齊。粘著層1100具有相應(yīng)于陽極920和922的開口 1120 和1130。在一個實施方案中，粘著層可以是2密爾厚的Kapton,其兩側(cè)具有1 密爾粘合劑，總計4密爾厚。厚度根據(jù)需要可以顯著變化，并在另一個實施方 案中，厚度大約為O. lmm。開口 1120和1130進一步包括氣體分散層，如在一個 實施方案中4至6密爾厚的碳紙(carbon paper )。
圖12所示為離子交換膜層1200。在一個實施方案中，Kapton框架1210用 來支撐Naf ion膜1215和1220。在裝配時，膜1215和1220與1120, 1130和電 極920和922對齊放置。膜1220和1215可為1密爾厚的Naf ion NRE211,其具 有0. 5 mg/cm2的碳基白金電極。在另外的實施方案中可以使用符合保持燃料電 池堆期望的柔韌性的不同厚度的膜和其它粘著層。在一個實施方案中，兩塊電 池由多層粘著層構(gòu)成，在裝配時，粘著層將串聯(lián)連接。
圖13示出雙面粘著層1300,其包括陰極層的氣體擴散層。它可以與圖11 中1100所示的相似，包括兩開口 1320和1330,用于對齊在下一層中的陰極。 在一個實施方案中，粘著層可為2密爾厚的Kapton，其兩側(cè)具有l(wèi)密爾的粘合 劑，總計4密爾厚。厚度根據(jù)需要可以顯著變化，并在另一個實施方案中，厚 度大約為0. lmm。開口 1320和1330進一步包括氣體分散層，如在一個實施方案 中4至6密爾厚的碳紙(carbon paper )。
圖14所示為具有電極1420和1422的陰極圖案1410。電極l"0和"" 展示有與前述相似的孔。在一個實施方案中，圖案為2密爾厚的PET，其具有1 密爾的粘合劑，200A Ti,和lum Au。所示的連接頭1430便于所得的燃料電池 的串聯(lián)連接。圖案1410可以通過與陽極圖案相同的方法來形成，即使用圖15 中1500所示的面罩，從而產(chǎn)生多個圖案，其被激光切割成洞并且切割成單獨的 圖案，如圖16中的1600。
上述燃料電池堆的粘著層可以通過不同方式裝配。在一個實施方案中，每 一粘著層可以通過使用雙滾固定裝置一個接一個的巻繞在陽極支撐物上。在另 一個實施方案中，粘著層可以堆疊在刨機(planar )面上，然后以堆疊在如圖17所示的陽極支撐物1710上的方式巻繞，圖17是根據(jù)一個示例性實施方案的 燃料電池堆和發(fā)電裝置的立體分解圖。
在一個實施方案中，燃料電池堆疊層的順序如上所述，從陽極電極層1720 開始，依次為陽極氣體粘著層，膜，陰極氣體粘著層，最后是陰極電極1730。 陽極支撐物1710是硬質(zhì)圓柱，陽極電極粘附其上，陽極支撐物支撐堆疊并將其 以指定程度壓縮進容器745內(nèi)部。
在一個實施方案中，所得的兩塊電池憑借電極設(shè)計電性串聯(lián)連接。在陽極 920上的小片930和在陰極1422上的小片1430電連接。小片1440將陰極1420 電連接至陽極支撐物1710。容器745電連接至陽極支撐物1710并用作發(fā)電裝置 的陰極端。小片940電連接至作為發(fā)電裝置陽極端的陽極片230。具有燃料電堆 疊層粘附其上的陽極支撐物1710插入滑動活門1750，滑動活門插入固定活門 1760，后面是燃料和膜1770。圖17示出發(fā)電裝置裝配的方便有效的方法。
摘要執(zhí)行37 C. F. R. § 1. 72 (b)以讓讀者快速確定本技術(shù)公開的性質(zhì)和要 點。在理解摘要不是用于說明或限制權(quán)利要求的范圍或意義情況下提出摘要。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池堆(740)，包括陽極電極層(791)；陽極氣體擴散粘著層(792)，其連接于陽極電極層(791)；離子交換膜(793)，其以第一側(cè)連接于在陽極電極層(791)對面的氣體擴散層(792)；陰極氣體擴散粘著層(794)，其連接于離子交換膜(793)的第二側(cè)；及陰極電極層(795)；其連接于在離子交換膜(793)對面的陰極氣體粘著層(794)，其中結(jié)合的各層形成可彎曲的燃料電池堆(740)。
2. 根椐權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中堆疊物(740 )的厚度大約是lmm 或更小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中堆疊物(740 )與圓柱形狀一致。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中堆疊物(740 )由兩塊串聯(lián)連接 的燃料電池(圖8， 9， 10， 11, 12， 13， 14， 15， 16和17)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中陽極電極層(791 )和陰極電極 層(795 )具有多個通孔(925 )。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中各層粘附在一起，形成氣密堆疊 物(740 )。
7. —種發(fā)電裝置(700 )，包括 容器(745 );容器內(nèi)的燃料電池堆(740 ); 容器內(nèi)的氫氣生產(chǎn)燃料(705 , 715 );滑動活門裝置(725， 730 )，其置于氫氣生產(chǎn)燃料(705, 715 )和燃料電池堆(740 ) 之間；壓敏隔板(750 )，其連接于滑動活門裝置(725 ， 730 );夾在容器(745 )和陽極支撐物(7 35 )之間的燃料電池堆(740 ),容器內(nèi)的滑動 活門裝置，燃料電池堆(740 )具有暴露于氧氣中的陰極電極(795 )和暴露于氫氣中的陽極電極(791 );陰極(750 )，其電連接于燃料電池堆(740 )的陰極電極(795 )并被容器(745 ) 支撐，這樣至少其一部分暴露在容器(745 )的外面；及陽極(780 ),其電連接于燃料電池堆(740 )的陽極電極(791)并被容器(745 ) 支撐，這樣至少其一部分暴露在容器(745 )的外面并且與暴露的陰極(750 )隔開。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其中燃料電池堆(740 )包括 陽極電極層(791 );陽極氣體擴散粘著層(792 )，其連接于陽極電極層；離子交換膜(793 )，其以第一側(cè)連接于在陽極電極層(791)對面的氣體擴散層 (792 );陰極氣體擴散粘著層(794 )，其連接于離子交換膜(793 )的第二側(cè)；及 陰極電極層(795 );其連接于在離子交換膜(793 )對面的陰極氣體粘著層(794 )， 其中結(jié)合的各層形成可彎曲的燃料電池堆(740 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電裝置，其中各層粘附在一起，形成氣密堆疊物 (740 ),且其中陽極(791 )和陰極(795 )由形成與鈦層或鋁層上的金組成，并具有多個通孔(925 )。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其中氫氣生成燃料(705 ， 715)包含 多塊堆疊的開裂芯塊(410, 412， 414, 416),芯塊封裝在水蒸氣和氫氣可透而 液態(tài)水不可透的膜(422 )中。
全文摘要
本發(fā)明描述了可變形的燃料電池堆(740)，其包括陽極電極層(791)；連接于陽極電極層(791)的陽極氣體擴散粘著層(792)；以第一側(cè)連接于在陽極電極層(791)對面的氣體擴散層(792)的離子交換膜(793)；連接于離子交換膜(793)的第二側(cè)的陰極氣體擴散粘著層(794)；和連接于在離子交換膜(793)對面的陰極氣體粘著層(794)的陰極電極層(795)。燃料電池堆(740)可以并入包含氫氣生成燃料(705，715)的發(fā)電裝置(700)。
文檔編號H01M8/10GK101425599SQ20081017438
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
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