專(zhuān)利名稱(chēng)：改進(jìn)的燃料電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及改進(jìn)的燃料電池系統(tǒng)，更具體地涉及包含基本上成平面的燃料電池陣列或具有相對(duì)均勻的陽(yáng)極側(cè)面氫氣源的膜電極組件
(MEA)的燃料電池組件。
背景技術(shù)：
燃料電池是將反應(yīng)劑，即燃料和氧化物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成直流(DC )電的設(shè)備。對(duì)于越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，燃料電池比常規(guī)的發(fā)電方式如礦物燃料的燃燒以及便攜式的電力存貯裝置如鋰離子電池具有更高的效率。
一般來(lái)講，燃料電池技術(shù)中包括有多種不同類(lèi)型的燃料電池，如堿性燃料電池、聚合物電解型燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及酶燃料電池?，F(xiàn)今更重要的燃料電池可劃分為幾個(gè)總的類(lèi)型，即(i)釆用壓縮的氫(H2)作為燃料的燃料電池；(ii)質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池，其采用的是醇類(lèi)如曱醇(CH3OH)、金屬氬化物如硼氫化鈉(NaBH4)、碳?xì)浠衔锘蛘呤悄苻D(zhuǎn)化成氫燃料的其它燃料；(iii)能夠直接消耗非氫燃料的PEM燃料電池或者是直接氧化燃料電池；以及(iv)在高溫下直接將碳?xì)浠衔锶剂限D(zhuǎn)換成電的固體氧化物燃料電池(SOFC)。
壓縮的氫通常保持在高壓狀態(tài)下，因此其操作困難。此外，其通常需要大型貯存槽，因此對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備而言無(wú)法制作得足夠小。常規(guī)的轉(zhuǎn)化型燃料電池需要轉(zhuǎn)化器以及其它的蒸發(fā)和輔助系統(tǒng)來(lái)將燃料轉(zhuǎn)換成氫從而與燃料電池中的氧化劑反應(yīng)。最新的進(jìn)展使轉(zhuǎn)化器或轉(zhuǎn)換型燃料電池有望用于消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備。最常用的直接氧化燃料電池是直接甲醇燃料
電池或DMFC 。其它的直接氧化燃料電池包括直接原碳酸四甲酯燃料電池。曱醇與燃料電池中的氧化劑直接反應(yīng)的DMFC是最筒單并且可能是最小型的燃料電池，其也有望作為消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備的電力應(yīng)用。固體氧化物燃料電池(SOFC)在高熱下轉(zhuǎn)換碳?xì)浠衔锶剂先缍⊥槎a(chǎn)生電。SOFC需要在1000°C范圍內(nèi)的相對(duì)高溫來(lái)使燃料電池反應(yīng)發(fā)生。
用來(lái)產(chǎn)生電的化學(xué)反應(yīng)對(duì)每一類(lèi)燃料電池來(lái)說(shuō)都是不同的。對(duì)于DMFC來(lái)說(shuō)，每一個(gè)電極處的化學(xué)-電學(xué)反應(yīng)以及直接曱醇燃料電池的整體反應(yīng)可4苗述^口下
陽(yáng)極處的半反應(yīng)
CH3OH + H20 — C02 + 61^ + 6e-陰極處的半反應(yīng)
1.502 + 6H"" + 6e- —3H20
整個(gè)燃料電池的反應(yīng)
CH3OH + 1.502 — C02 + 2H20
整個(gè)燃料電池的反應(yīng)
CH3OH + 1.502 — C02 + 2H20
由于氫離子(tT)穿過(guò)PEM從陽(yáng)極遷移到陰極，并且由于自由電子(e—)不能穿過(guò)PEM,因此電子流過(guò)外部電路，從而產(chǎn)生通過(guò)外部電^^的電流。該外部電路可用來(lái)給許多有用的消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備提供電，如移動(dòng)電話或蜂窩電話、便攜式音樂(lè)播放器、計(jì)算器、個(gè)人數(shù)字助理、膝上電腦以及電動(dòng)工具等。
美國(guó)專(zhuān)利4,390,603和4,828,941中論述了 DMFC，這兩篇專(zhuān)利以引用的方式全文并入這里。通常來(lái)講，PEM由聚合物制成，如可從DuPont公司得到的Nafioi^或者是其它合適的膜，前者是厚度在約0.05mm到約0.5mm范圍內(nèi)的全氟磺酸聚合物。陽(yáng)極通常由用聚四氟乙烯(特氟隆)處理的碳紙支撐物制成，該支撐物上沉積有催化劑如鉑-釕的薄層。陰極通常是氣體擴(kuò)散電極，其中有鉑粒子粘接到該膜的一側(cè)。
在化學(xué)金屬氬化物燃料電池中，硼氫化鈉被轉(zhuǎn)化并且反應(yīng)如下
NaBH4 + 2H20 —(熱或催化劑)—4(H2) + (NaB02)
陽(yáng)極處的半反應(yīng)
H2 — 2tf + 2e-
陰極處的半反應(yīng)
2(2tf + 2e-) + 02 — 2H20
適合于該反應(yīng)的催化劑包括鉑和釕以及其它的金屬。硼氫化鈉轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的氫燃料在燃料電池中與氧化劑如02進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生電(或者是電子流)和副產(chǎn)物水。該轉(zhuǎn)化過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物硼砂(NaB02)。硼氫化鈉燃料電池在美國(guó)專(zhuān)利4,261,956中進(jìn)行了論述，其以引用的方式全文并入這里。
燃料電池系統(tǒng)通常具有堆疊排列的多個(gè)燃料電池。這些堆疊往往效率較低，因?yàn)槿剂想y以均勻地流到燃料電池的陽(yáng)極側(cè)面。
公開(kāi)的專(zhuān)利文獻(xiàn)試圖改善堆疊中的燃料流。在一個(gè)示例中，美國(guó)專(zhuān)利6,887,611B2公開(kāi)了 一種彈性外部燃料電池氣體歧管，其被設(shè)計(jì)成允許該堆疊的翹曲和收縮而又保持氣密性，并減小電介質(zhì)絕緣體的破損。
公開(kāi)號(hào)為2005/0196666A1的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了裝配成基本上成平面排布的燃料電池。這些基本上成平面的燃料電池陣列能被輪廓模塑成所
希望的形狀或能構(gòu)成柔韌的燃料電池或構(gòu)成彈性連接起來(lái)的個(gè)體燃料電池的陣列且整體為曲線形狀。然而，該公開(kāi)文獻(xiàn)并沒(méi)有公開(kāi)把燃料分配到燃料電池的方法，而是論述了 一種通過(guò)燃料滲透層蒸發(fā)的燃料凝膠。
公開(kāi)號(hào)為2005/0255349A1的美國(guó)專(zhuān)利也公開(kāi)了 一種基本上成平面的燃料電池陣列。該參考文獻(xiàn)公開(kāi)了一種具有兩個(gè)窄氫氣通道和兩個(gè)氫氣端口的氫氣歧管。
因此，仍然需要改進(jìn)氣體歧管把燃料輸送到燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大體上針對(duì)改進(jìn)的燃料電池系統(tǒng)，更具體地針對(duì)包含基本上成 的膜電才及組件。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)燃料電池組件，其包括具有多個(gè)開(kāi)口的 框架、設(shè)置在開(kāi)口中的燃料電池、和帶有至少一個(gè)燃料入口的后蓋，該后 蓋附著到該框架上以便在框架和后蓋之間形成燃料室。形成的室可以打開(kāi) 以使燃料進(jìn)入并與所有的燃料電池自由地接觸，或其可以具有設(shè)置在其中 的通道以調(diào)節(jié)燃料的流動(dòng)。還可以在后蓋中提供出口以使未反應(yīng)的燃料或 廢料排出。燃料電池優(yōu)選為彼此電串聯(lián)或電并聯(lián)?？蚣芎蜕w可以由彈性材 料制成或利用附著方式使燃料電池可構(gòu)形在多個(gè)平面上。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種包括至少一個(gè)電連接到功能元件上 的燃料電池的電力模塊，其中功能元件能夠把電從燃料電池傳遞到電子設(shè)
備。功能元件優(yōu)選為特定用途集成電路(ASIC)芯片。電力模塊可以使用 這里所述的燃料電池組件或任意其它已知的燃料電池組件。
在又一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種向電子設(shè)備供電的方法。該方法包 括把燃料從燃料源傳遞到電連接到功能元件上的燃料電池，利用功能元件 把電流變換成可用電流，并且把可用電流傳遞到電子設(shè)備。


當(dāng)參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面 和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的 部分，其中
圖l是本發(fā)明的燃料電池組件的部分透視圖，其中為了清楚起見(jiàn)省略 了幾個(gè)燃料電池；
圖2是圖1的燃料電池組件的展開(kāi)圖；圖3是示出了電連接的圖1的完整燃料電池組件頂部吊起后的平面
圖4是圖3的燃料電池組件沿著線4-4截?cái)嗟姆糯蠼孛鎴D5是示出了氫存儲(chǔ)盒的結(jié)構(gòu)不同的本發(fā)明另 一燃料電池組件的透視
圖5a是本發(fā)明另 一燃料電池組件的透視圖，其中燃料電池可移動(dòng)到多 個(gè)平面；
圖5b是圖5a的燃料電池組件沿著線5b-5b截?cái)嗟姆糯蠼孛鎴D； 圖6是用于圖1的燃料電池組件的另一后蓋的頂部吊起后的平面圖； 圖7是本發(fā)明以集成電路芯片為特征的另一燃料電池組件的透視圖； 圖8是圖7的燃料電池組件的展開(kāi)圖9是示出了電連接的圖7的燃料電池組件的頂部吊起后的平面以及
圖10a是示出了另外那些電連接的圖1的燃料電池組件的一節(jié)頂部吊 起后的平面圖；圖10b是圖10的燃料電池組件沿著線10a-10a截?cái)嗟姆糯?截面圖；圖10c是經(jīng)由導(dǎo)體粘結(jié)劑或焊接連接到框架上的單個(gè)燃料電池的 頂視圖；圖10d是示出了在沒(méi)有電線的情況下電連接在一起的燃料電池的 截面圖。
具體實(shí)施例方式
像附圖中圖示說(shuō)明和下面詳細(xì)論述的那樣，本發(fā)明針對(duì)如圖1中所示 的用于多個(gè)燃料電池12的組件10。燃料電池12可以是本領(lǐng)域已知的任何 類(lèi)型的燃料電池，包括陰極、陽(yáng)極和質(zhì)子交換膜(PEM)。組件10提供 其中個(gè)體燃料電池12排布成平面陣列的框架14。通過(guò)4巴燃料電池12密封 地插入到圖2所示的框架14中形成的開(kāi)口 15中，組件10可以包含任意 數(shù)量的個(gè)體燃料電池12。燃料電池12在組件10內(nèi)排布，以使每個(gè)燃料電 池12都有使用優(yōu)選為氫的燃料源的機(jī)會(huì)，并且也可以使反應(yīng)的任何副產(chǎn)物例如水蒸汽被容納或輸送走以待處理。框架14可以包括抗菌或殺菌劑
以抵抗本來(lái)會(huì)在封閉環(huán)境比如燃料電池組件10中發(fā)生的細(xì)菌生長(zhǎng)。如圖3 中所示，組件10還可以包括散熱器23以輔助組件10上各處熱量的傳導(dǎo) 和消散。散熱器23可以由現(xiàn)有技術(shù)已知的任何適當(dāng)材料制成，并且還可 以為現(xiàn)有技術(shù)已知的任何形狀，包括但不局限于鰭狀。另外，不論組件IO 內(nèi)燃料電池12的排布情況如何，組件10提供串行電連接把燃料電池12 連接在一起。
再次參照?qǐng)D1和圖2，框架14提供組件10的支撐結(jié)構(gòu)來(lái)形成組件10 的總體輪廓，并且在輪廓內(nèi)形成了構(gòu)形成把燃料電池12收在其中的幾個(gè) 開(kāi)口 15。開(kāi)口 15優(yōu)選排布成行30和列32。調(diào)節(jié)開(kāi)口 15的尺寸和大小以 接收燃料電池12,以使燃料電池12可以密封在圍繞燃料電池12外圍的開(kāi) 口 15內(nèi)，其可以是現(xiàn)有技術(shù)已知的任意形狀。如圖4中所示，下面將更 詳細(xì)地i侖述，框架14內(nèi)由開(kāi)口 15形成的側(cè)壁9優(yōu)選為至少與燃料電池12 的厚度同樣大并支撐燃料電池12。后蓋16具有多個(gè)支撐物18從其上立起。 每個(gè)支撐物18在逼近燃料電池12的幾何中心處支撐燃料電池12。如本領(lǐng) 域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，雖然附圖中示出了 9個(gè)開(kāi)口 15,但是框架14 內(nèi)可以包括任意數(shù)量的開(kāi)口 15和/或燃料電池12。開(kāi)口 15還可以包括一 個(gè)或多個(gè)保持機(jī)構(gòu)以防止燃料電池12從框架14的前面滑出。優(yōu)選使用環(huán) 氧樹(shù)脂或其它粘結(jié)劑把燃料電池12固定在開(kāi)口 15內(nèi)。還可以使用附加機(jī) 構(gòu)把燃料電池12保持在開(kāi)口 15內(nèi)。例如，如圖1中所示，開(kāi)口 15包括 選用的突出部17在燃料電池12上方延伸的以使燃料電池12保持在開(kāi)口 15內(nèi)。
框架14可以具有從屬于框架的邊緣或側(cè)壁21，并且圖2中所示的后 蓋16密封地附著到框架14上。后蓋16提供框架14的襯墊，該村墊既用 于支撐燃料電池12在框架14內(nèi)的適當(dāng)位置，又用于l是供用來(lái)向燃料電池 12輸送燃料的歧管。如圖4中所示，把后蓋16構(gòu)形成附著到框架14上時(shí) 在后蓋16和燃料電池12之間形成圖4中所示的歧管空間或腔室20。換句 話說(shuō)，當(dāng)后蓋16附著到框架14上時(shí)，形成一種近似盒子的結(jié)構(gòu)，其中燃 料電池12位于盒蓋上，以使燃料電池12的陽(yáng)極側(cè)面11在盒子"里面"，而燃料電池12的陰極側(cè)面13在盒子頂上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到
的，組件10可以任何走向來(lái)使用。在另 一實(shí)施例中，框架14可以相對(duì)較淺并且后蓋16可以包括相對(duì)高的側(cè)壁21以形成盒子。另外，為形成腔室20可以把未示出的隔板密封地插入框架14和后蓋16之間以提供隔斷。
后蓋16包括基座19、至少一個(gè)支撐物18和燃料入口 22。從圖4中可以很清楚地看出，腔室20的側(cè)面由后蓋16、側(cè)壁21、框架14和燃料電池的陽(yáng)極面11限定。在后蓋16中限定的燃料入口 22流體性連接到腔室20,其在圖1-4中示出的實(shí)施例中形成了框架14后面連續(xù)的流體分配通路或歧管。除了支撐物18之外沒(méi)有顯著的結(jié)構(gòu)阻止燃料從燃料入口 22傳遞到腔室20以與組件10中每個(gè)燃料電池12的陽(yáng)極側(cè)面11接觸。
在圖l-4中示出的實(shí)施例中，后蓋16和燃料電池12之間的隔斷由支撐物18和側(cè)壁21部分固定。燃料入口 22是從基座19中的開(kāi)口形成并從基座19向遠(yuǎn)離框架14的方向向外延伸的空腔。燃料入口 22可以與基座19整體共同形成，或與基座分立形成并密封附著其上。例如，如果基座19和燃料入口 22都由可模壓材料制成，基座19和燃料入口 22可以分立形成并通過(guò)粘結(jié)劑密封固定在一起。作為另一選擇，基座19可以與燃料入口 22 —起才莫壓為基座19的一部分。把燃料入口 22配置成附著到燃料元件或燃料源以供應(yīng)燃料給燃料電池12。如圖1和2中所示，燃料入口22是形成在后蓋16的一個(gè)末端處的單個(gè)容器。然而，本發(fā)明并不局限于這樣的結(jié)構(gòu)。燃料入口 22可以是圍繞后蓋16定位的一系列空腔，以使燃料能更快速地分配給腔室20內(nèi)的所有燃料電池12。如圖5中所示，例如把燃料入口 22分成兩個(gè)空腔，位于組件10的兩個(gè)相對(duì)末端上的第一端口22a和第二端口 22b。在這樣的結(jié)構(gòu)下，燃料往往以圓形流動(dòng)圖案流過(guò)腔室20,其阻礙在腔室20內(nèi)形成滯留區(qū)域，以改善通過(guò)腔室20的歧管進(jìn)行的燃料分配。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，對(duì)于燃料入口 22可以使用任意數(shù)量的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)燃料在燃料電池12里面燃料經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)時(shí)， 一些燃料有可能未反應(yīng)。就這一點(diǎn)，可以構(gòu)造如圖5中所示的實(shí)施例以使端口 22a或端口 22b為燃料出口，其能夠把未反應(yīng)的燃料從腔室20傳輸走以全部^L重新利用
或退出組件10。
雖然本領(lǐng)域已知的任何材料都適于用作框架14,框架14優(yōu)選由能為燃料電池12提供結(jié)構(gòu)支持的剛性材料制成。優(yōu)選地，框架14由非導(dǎo)電材料制成以使燃料電池12生成的電流能被收集并導(dǎo)向設(shè)備。例如，框架14可以由可才莫壓材料如樹(shù)脂、塑料和聚合物、陶瓷，像橡膠和硅酮這樣的彈性材料等制成。就這一點(diǎn)，燃料電池12可以排布成任意結(jié)構(gòu)，同時(shí)被串4亍或并4亍電連4妄。
后蓋16優(yōu)選由剛性材料制成以提供對(duì)組件10的結(jié)構(gòu)支持。然而，對(duì)用于燃料電池12的這類(lèi)燃料來(lái)說(shuō)本領(lǐng)域已知的基本為惰性的任何材料都適于用作后蓋16。例如，上面列出適于用在框架14中的任何材料都適于用作后蓋16。另外，如果后蓋16或它的某些部分能纟皮AU然料電池12分開(kāi)支撐，后蓋16還可以由導(dǎo)電材料如金屬制成。
如圖5a和5b中所見(jiàn)，框架14和后蓋16可以在行30和/或列32之間沿著一個(gè)或多個(gè)軸50構(gòu)形或彎曲，以使包含燃料電池12的行30或列32在多個(gè)平面內(nèi)排布。由此燃料電池12可以排布在圖5a中的平面1、 2和3中。在平面1、 2和3之間的附著方式可以是本領(lǐng)域已知的任意類(lèi)型的彈性或有關(guān)節(jié)的附著方式，例如鉸鏈、活動(dòng)鉸鏈、材料被變薄部分等。作為另一選擇，框架14或后蓋16或兩者可以由彈性材料如橡膠、硅酮、薄塑料或金屬等構(gòu)造以使組件10可排布成如上所述的多個(gè)平面。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，多個(gè)軸50可以設(shè)置在行30之間，歹"32之間，它們的任意組合之間。此外，可以包括任意數(shù)量的軸50,從沒(méi)有彈性到整個(gè)都有彈性的框架14，即能夠巻成基本圓筒構(gòu)形的框架。在多個(gè)平面1、 2和3中折疊或操縱行30和/或列32的能力是有用的，其使組件能適應(yīng)于彈性物品例如衣服或其中非常需要空間而且設(shè)計(jì)者想要在內(nèi)部部件的排布上有選擇的自由的物品。
燃料電池生成的電流由電導(dǎo)體和連接器收集。如圖3中所示，電導(dǎo)體24沿著框架14的側(cè)面在其頂表面上延伸。導(dǎo)體24可以是本領(lǐng)域已知的任意類(lèi)型的電導(dǎo)體，例如包括銅和金的金屬，并且可以具有本領(lǐng)域已知的任意構(gòu)形，例如設(shè)置在框架14表面上的扁平帶、框架14內(nèi)所嵌的電線或細(xì)
絲、或這類(lèi)導(dǎo)體。優(yōu)選的是4巴導(dǎo)體24排布成在開(kāi)口 15的陣列的每一行中的燃料電池12可以使用電連接器26彼此串行鏈接。電連接器26優(yōu)選為金屬線，電附著到一個(gè)燃料電池12的陰極側(cè)面13,并電附著到相鄰燃料電池12的陽(yáng)極側(cè)面11,并且可以由與電導(dǎo)體24類(lèi)似的材料制成。為了使燃料電池12之間的電連接最小而且簡(jiǎn)單，連接器26還可以嵌到框架14內(nèi)，可以使用引線鍵合、多個(gè)導(dǎo)電膠的點(diǎn)、低熔點(diǎn)金屬球或相當(dāng)?shù)幕ヂ?lián)技術(shù)。如圖10a-10b中所示，導(dǎo)體24散布在燃料電池的行(或列)之間，并且可以嵌到框架14中，連接器26是將陰極13和陽(yáng)極11連接到導(dǎo)體24上的導(dǎo)電點(diǎn)或^^。
作為另一選擇，如圖10c-10d中所示，燃料電池12可以經(jīng)由粘結(jié)劑或焊接102連接到框架14上。粘結(jié)劑/焊接102可以用于確保氫氣密封在腔室20內(nèi)。粘結(jié)劑/焊接102還可以用于把燃料電池12生成的電傳導(dǎo)到連接器26和導(dǎo)體24。圖10d圖示說(shuō)明了收集電的另一方法。燃料電池12具有連接到陰極13上的電流集電片104和連接到陽(yáng)極11上的電流集電片106。片104和106用于改善燃料電池組件中的電流收集。如所示，粘結(jié)劑/焊接102把連接器片104和陰極13連接到連接器26上，導(dǎo)體24用于把一個(gè)燃料電池的陰極側(cè)面橋接至相鄰燃料電池的陽(yáng)極側(cè)面。圖10c-10d中示出的實(shí)施例沒(méi)有使用電線，并減小了通常與電線相關(guān)的歐姆損耗。
如圖3中所示，開(kāi)口 15的平面陣列中每個(gè)燃料電池12通過(guò)單個(gè)電連接器26附著到行內(nèi)其水平方向的鄰近電池上。單個(gè)電連接器26把行30a末端的燃料電池12a連接到導(dǎo)體24上。導(dǎo)體24將行30a與行30b電連接起來(lái)。就這一點(diǎn)，為組件10提供了單個(gè)、串行的電通路。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，簡(jiǎn)單地通過(guò)排布導(dǎo)體24和連接器26來(lái)形成想要的電通路，就可以為組件10提供任何想要的電通路，例如并行通路或串行和并行通路的組合。構(gòu)形至少一個(gè)導(dǎo)體24以連接到將使用該電流的設(shè)備(未示出)上或收集并存儲(chǔ)或調(diào)節(jié)電流以供使用的中間設(shè)備。
圖6示出了用于組件10的另一后蓋56。不是附著到到框架14上時(shí)形成單個(gè)腔室20，而是如上面所論述和示出的實(shí)施例那樣，后蓋56提供了單個(gè)專(zhuān)用隔間58以對(duì)應(yīng)于由開(kāi)口 15限定的平面陣列中的每個(gè)燃料電池
12。每個(gè)隔間58包括從基座57向框架14延伸的側(cè)壁60 (如圖1、 2中所示)，其中側(cè)壁60形成了與開(kāi)口 15和燃料電池12類(lèi)似的形狀(如圖1、2中所示)。側(cè)壁60靠在框架14上密封以使空腔62在每個(gè)燃料電池12下形成，即空腔62由基座57、側(cè)壁60和燃料電池12的陽(yáng)極側(cè)面11 (如圖4中所示)限定。
隔間58優(yōu)選通過(guò)一系列通道64流體性互相連接，以便只有一個(gè)燃料源例如燃料元件或外部存貯器就能為組件10提供燃料。通道64可以是穿過(guò)側(cè)壁60把隔間58連接起來(lái)的管子、在基座57中形成的通道或本領(lǐng)域已知的任何其它類(lèi)型的流體連接器。通道64可以穿過(guò)多個(gè)隔間58延伸或僅把兩個(gè)隔間接在一起。通道64相互連接的順序可以是設(shè)計(jì)者想要的任意順序；例如，每個(gè)隔間58可以連4妻到^又一個(gè)或兩個(gè)相鄰隔間58,即串聯(lián)，或每個(gè)隔間58可以連接到多個(gè)其它隔間58,等等。
優(yōu)選將至少一個(gè)通道64構(gòu)形成連接到燃料的入口 66上，并且優(yōu)選將至少一個(gè)通道64構(gòu)形成連接到出口 68上。在另 一實(shí)施例中，出口 68可以用作附加的入口 。燃料源可以例如用入口閥67連接到入口 66,可以例如用出口閥69連接到出口 68。入口閥67和出口閥69優(yōu)選為走向彼此相對(duì)的止回閥，以便不管組件10內(nèi)通道64的構(gòu)形怎樣，燃料都可以在單一流動(dòng)路線上流到燃料源之外。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，本領(lǐng)域已知的任何閥都適于用在本發(fā)明中，或者根本不使用閥。
在圖7-9中，示出了本發(fā)明組件的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，功能元件80附著到組件10上以使組件10能夠?yàn)殡娮釉O(shè)備90直接供電。換句話說(shuō)，組件10和功能元件80—起用作電子設(shè)備90的電力模塊100,電子設(shè)備90可以是手機(jī)、MP3播放器、膝上型電腦、GPS設(shè)備等。
優(yōu)選地，功能元件80包括電^各系統(tǒng)，配置成調(diào)節(jié)由組件10中的燃料電池12產(chǎn)生的電。如本領(lǐng)域所知的，燃料電池12產(chǎn)生與許多電子設(shè)備使用的電流的類(lèi)型相同的直流電，但所產(chǎn)生的電流和電壓電平隨著時(shí)間的變化很大。這由于很多因素，包括提供給燃料電池12的燃料的可用性和燃料電池12的效率。還有，由于提供了多個(gè)燃料電池12，每個(gè)燃料電池12可以產(chǎn)生不同電平的電流和/或電壓。盡管燃料電池12產(chǎn)生恒定的電流和/或電壓，電子設(shè)備需要不同的電平或電流和/或電壓。優(yōu)選地，功能元件
80包括至少一個(gè)特定用途集成電路芯片(ASIC)，其可以是例如DC-DC轉(zhuǎn)換器、電壓調(diào)節(jié)器、運(yùn)算放大器等。還可以把功能元件80配置成完成各種不同的功能，包括但不限于通過(guò)調(diào)節(jié)電流以調(diào)整燃料電池電解質(zhì)的濕度來(lái)控制燃料電池反應(yīng)，通過(guò)增加或減小燃料電池的電壓來(lái)控制燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)量，或控制燃料電池的效率以避免隨著反應(yīng)的進(jìn)行產(chǎn)生溢流或千燥。
如圖9中所示，所有的燃料電池12由連接器26彼此串聯(lián)，并且類(lèi)似于圖3中所示的實(shí)施例，功能元件80電連接到燃料電池上把燃料電池12產(chǎn)生的電收集和轉(zhuǎn)換成適用于電子設(shè)備90的輸出電。電連接器26可以由引線鍵合、多個(gè)導(dǎo)電膠的點(diǎn)、低熔點(diǎn)金屬球，或由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何相當(dāng)?shù)幕ヂ?lián)技術(shù)而形成。功能元件80可以用作調(diào)節(jié)器，把適量的電傳遞到電子設(shè)備90用于運(yùn)行、電池充電、提供過(guò)載保護(hù)或本領(lǐng)域已知的任何其它用途。在一個(gè)實(shí)施例中提供的電預(yù)計(jì)為約3-7伏和約150-250mA，但可以隨著燃料電池12數(shù)量的不同和功能元件80類(lèi)型的不同而變化。
框架84可以與圖1-5中所示的并且在本發(fā)明燃料電池組件10的其它實(shí)施例中使用的框架14類(lèi)似。然而，功能元件80的開(kāi)口的大小和形狀由功能元件80本身的大小和形狀決定，并且可以或不可以是與燃料電池12的開(kāi)口 15同樣的大小和形狀，因此框架84可以為功能元件80規(guī)定不同大小的開(kāi)口 85。選用的絕緣層87可以提供在開(kāi)口 85下面以防止功能元件80與電力模塊100里面的燃料接觸。作為另一選擇，如圖8中所示，后蓋82可以包括與圖4中的側(cè)壁9類(lèi)似的密封壁86,把功能元件80下面的區(qū)i或與自由流動(dòng)的燃料絕緣。
電力模塊100可以是連接到電子設(shè)備90上的永久性附件，在必要時(shí)提供新的燃料源。作為另一選擇，電力模塊100可以是一次性的，或電力模塊100可以附著到燃料元件上。
目的，但是可以理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出許多修改和其它的實(shí)施例。另外，任何一個(gè)實(shí)施例的特征和/或元件都可以單獨(dú)或組合地用于其它實(shí)施例的特征和/或元件。因此，將會(huì)理解的是所附的權(quán)利要求意圖在于覆蓋所有這樣的修改和實(shí)施例，其都將落入到本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。在這里論述的所有公開(kāi)文獻(xiàn)，包括但不局限于專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)、文章和書(shū)，通過(guò)參引而全文并入。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池組件，包括框架，具有在其中形成的多個(gè)開(kāi)口以限定陣列；燃料電池，具有密封地設(shè)置在每個(gè)開(kāi)口內(nèi)的陽(yáng)極側(cè)面；后蓋，密封地附著到燃料電池的陽(yáng)極側(cè)面上的框架上；連接到后蓋上的燃料入口，能夠連接到燃料源上；和在框架和后蓋之間形成的腔室，其中該腔室能夠與燃料源流體性連接，并且其中每個(gè)燃料電池與腔室流體性接觸，并且其中燃料從燃料源通過(guò)腔室分配以供給燃料電池的陽(yáng)極側(cè)面。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池組件，還包括至少一個(gè)支撐件從后蓋 的基座延伸到至少 一個(gè)燃料電池。
3. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)支撐件包括柱。
4. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池組件，其中每個(gè)支撐件包括至少一個(gè) 側(cè)壁/人基座延伸以密封地連"t妄到框架上，并且其中側(cè)壁圍繞燃料電池的陽(yáng) 極側(cè)面以由此把腔室分成多個(gè)隔間，并且其中至少 一個(gè)通道把一個(gè)隔間流 體性連接到至少 一個(gè)相鄰隔間。
5. 如權(quán)利要求4所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)通道連接到燃料 入口上。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃料電池組件，還包括連接到該燃料入口和該 至少一個(gè)通道上的閥。
7. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池組件，包括至少一個(gè)附加的燃料端n 。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池組件，其中該至少一個(gè)燃料端口是入 口，并且多個(gè)燃料入口在組件內(nèi)排布以創(chuàng)建圓形流動(dòng)圖案，這時(shí)燃料通過(guò) 多個(gè)燃料入口引入。
9. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池組件，其中第一燃料入口設(shè)置在燃料電池組件的第 一末端上，并且其中第二燃料入口設(shè)置在燃料電池組件的相對(duì)末端。
10. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池組件，其中框架和蓋可以沿著至少一個(gè)軸調(diào)節(jié)以使至少兩個(gè)燃料電池能位于至少兩個(gè)不同的平面中。
11. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)附加的燃料端口是出口 。
12. 如權(quán)利要求10所述的燃料電池組件，其中至少兩個(gè)燃料電池彼此鉸接式附著。
13. 如權(quán)利要求10所述的燃料電池組件，其中框架和蓋包括彈性材料。
14. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池組件，還包括至少一個(gè)電連接器，其中至少 一個(gè)電連接器把第 一燃料電池連接到至少 一個(gè)第二燃料電池上。
15. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)電連接器設(shè)置在框架的表面上。
16. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)電連接器嵌入框架或后蓋中。
17. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池組件，其中第一燃料電池串行電連接到至少 一個(gè)第二燃料電池上。
18. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池組件，其中第一燃料電池并行電連接到至少 一個(gè)第二燃料電池上。
19. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池組件，其中配置至少一個(gè)電連接器以把至少 一個(gè)燃料電池連接到設(shè)備上。
20. 電力模塊，包括至少一個(gè)燃料電池電連接到功能元件上，其中把功能元件配置成收集由至少一個(gè)燃料電池生成的電并對(duì)該電進(jìn)行調(diào)制之后把調(diào)制后的電提供給電子設(shè)備，其中至少一個(gè)燃料電池和功能元件由單個(gè)結(jié)構(gòu)支撐。
21. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，還包括框架，具有在其中形成的多個(gè)開(kāi)口以限定陣列；后蓋，密封地附著到燃料電池的陽(yáng)極側(cè)面上的框架上；連接到后蓋上的燃料入口，能夠連接到包含燃料的燃料源上；和在框架和后蓋之間形成的腔室，其中該腔室能夠與燃料源流體性連接，并且其中每個(gè)燃料電池與腔室流體性接觸，并且其中燃料從燃料源通過(guò)腔室分配以供給燃料電池的陽(yáng)極側(cè)面；其中至少 一個(gè)燃料電池密封地設(shè)置在多個(gè)開(kāi)口中至少一 個(gè)之內(nèi)。
22. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中燃料源包括燃料盒。
23. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中功能元件從由DC-DC轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、功率調(diào)節(jié)器構(gòu)成的組中選擇。
24. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中功能元件包括特定用途集成電^各(ASIC)芯片。
25. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中功能元件位于框架中多個(gè)開(kāi)口中的一個(gè)之內(nèi)。
26. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中功能元件電連接到至少一個(gè)燃料電池和電子設(shè)備上。
27. 如權(quán)利要求26所述的電力模塊，其中電子設(shè)備從由電池、手機(jī)、膝上型電腦、MP3播放器、GPS設(shè)備和PDA組成的組中選擇。
28. 如權(quán)利要求26所述的電力模塊，其中電力模塊輸出電壓范圍從約3V到約7V和電流強(qiáng)度范圍從約150mA至約250mA的電流。
29. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中框架和蓋可以沿著至少一個(gè)
30. —種為電子設(shè)備供電的方法，包括以下步驟(i)在單個(gè)印刷電路板(PCB )上提供至少一個(gè)燃料電池和設(shè)置的功能元件；(ii) 把燃料從燃料源輸送到該至少 一個(gè)燃料電池上以啟動(dòng)燃料電池反應(yīng)以產(chǎn)生初始電 流^(iii) 利用功能元件把初始電流轉(zhuǎn)換成可使用的電流，其中功能元件設(shè)置在框架上并且電連接到陣列中的至少一個(gè)燃料電池和電子設(shè)備上；(iv) 把可用電流從功能元件輸送到電子設(shè)備。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中步驟(i)還包括提供含有至少一個(gè)燃料電池的陣列，其中每個(gè)燃料電池包括陽(yáng)極側(cè)面和陰極側(cè)面，其中該陣列在框架內(nèi)排布，并且其中后蓋密封地附著到框架上以使腔室在燃料電池的陽(yáng);f及側(cè)面和后蓋之間形成。
32. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中功能元件包括特定用途集成電路(ASIC)芯片。
33. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中燃料源包括燃料盒。
34. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中步驟(iii)還包括功率調(diào)節(jié)初始電流。
35. 如權(quán)利要求30的方法，其中步驟(iii)還包括使用DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)電流電平。
36. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中步驟(iii)還包括使用運(yùn)算放大器;故大電壓。
37. 如權(quán)利要求20所述的電力模塊，其中單個(gè)結(jié)構(gòu)是印刷電路板。
38. 如權(quán)利要求16所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)電連接器通過(guò)引線鍵合形成。
39. 如權(quán)利要求16所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)電連接器包括一定量的導(dǎo)電粘結(jié)劑。
40. 如權(quán)利要求16所述的燃料電池組件，其中至少一個(gè)電連接器包括一定量的低熔點(diǎn)金屬。
全文摘要
在此公開(kāi)了一種燃料電池組件，其把多個(gè)個(gè)體的燃料電池排布成一個(gè)陣列。這些燃料電池設(shè)置到框架中形成的開(kāi)口中。把這些開(kāi)口例如以行或列的方式排布在陣列中。后蓋密封地附著到框架上，由此在框架和后蓋的基座之間限定腔室，其中腔室用作歧管。選用的支撐物從基座延伸到燃料電池。該空腔形成了流體歧管用于把燃料電池的燃料從燃料存儲(chǔ)盒分配到燃料電池。作為另一選擇，后蓋把后蓋和框架之間的間隙隔斷成了隔間，這些隔間由通道流體性互相連接。該陣列還可以包括電連接到燃料電池上的功能元件以輸送電力給電子設(shè)備。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101490885SQ200780026390
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者安德魯·J·庫(kù)瑞羅, 布魯諾·瓦倫, 庫(kù)爾特·萊斯, 強(qiáng)·依芙·勒郎, 艾倫·婁森茲威格 申請(qǐng)人:法商Bic公司