專利名稱：：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及燃料電池及操作該電池的方法。燃料電池是能夠由典型地在兩個或多個反應物之間發(fā)生的電化學反應提供電能的裝置。通常，燃料電池包括稱為陽極和陰極的兩個電極和設(shè)置在所述電極之間的固體電解質(zhì)。陽極包含陽極催化劑，陰極包含陰極催化劑。諸如膜電解質(zhì)的電解質(zhì)典型地為離子導電而非電子導電?？蓪㈦姌O與固體電解質(zhì)設(shè)置在兩個氣體擴散層(GDL)之間。在燃料電池工作期間，反應物流向合適的電極。在陽極，反應物(陽極反應物)與陽極催化劑相互作用并形成反應中間體，例如離子和電子。離子反應中間體可通過電解質(zhì)由陽極流向陰極。然而，電子是通過電連接陽極和陰極的外部負荷由陽極流向陰極。當電子流過外部負荷時提供了電能。在陰極，陰極催化劑與其它反應物(陰極反應物)、在陽極上形成的中間體和電子相互作用以完成燃料電池反應。例如，在一種類型的燃料電池(有時稱為直接甲醇燃料電池(DMFC))中，陽極反應物包括甲醇和水，陰極反應物包括氧氣(例如，來自空氣)。在陽極，甲醇被氧化；在陰極，氧氣被還原(1)(2)(3)如反應式(1)所示，甲醇的氧化生成二氧化碳、質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過電解質(zhì)由陽極流向陰極。電子通過外部負荷由陽極流向陰極，從而提供電能。在陰極，質(zhì)子和電子與氧氣反應生成水(反應式2)。反應式3顯示總的燃料電池反應。本發(fā)明涉及燃料電池及操作該電池的方法。在一個方面，本發(fā)明的特征在于一個具有燃料源和燃料(如燃料凝膠)的燃料電池系統(tǒng)，如DMFC系統(tǒng)，所述燃料源包括蒸汽傳輸元件，所述燃料能夠排放氣相燃料。蒸汽傳輸元件能夠提供高表面積，與燃料的相對恒定的界面，從而可提供相對恒定的燃料遞送。此外，高表面積的界面與氣相中的燃料遞送的組合增強了燃料源的幾何形狀及定向靈活性。例如，燃料源不必匹配燃料電池的面積占用區(qū)域。蒸汽相燃料遞送還可減弱燃料由陽極向陰極的移動(例如甲醇穿透)，這會造成寄生損失(和減少的運行時間)以及在陰極的混合電勢(和減少的輸出功率)。此外，燃料源能夠以良好地防止泄漏的小體積設(shè)計提供這些特征。在一些實施方案中，燃料電池系統(tǒng)包括一個或多個氣體驅(qū)動器，所述氣體驅(qū)動器可主動調(diào)節(jié)氣相燃料的流動并進一步增強系統(tǒng)的性能，例如燃料源的定向靈活性?？晒┻x擇地或另外地，燃料電池系統(tǒng)可包括一個或多個調(diào)節(jié)氣相燃料流動的限制機構(gòu)。在一個方面，本發(fā)明的特征在于用于燃料電池的燃料源，所述燃料源包括具有出口的外殼；其一部分處于外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體限定腔體并具有限定與腔體流體連通的開口的表面；以及外殼內(nèi)的燃料，所述燃料通過所述結(jié)構(gòu)體的開口及腔體與出口流體連通。實施方案可包括一個或多個以下特征。所述結(jié)構(gòu)體包括細長管并且所述腔體是該管的內(nèi)腔。所述外殼具有入口，并且所述燃料源還包括與入口流體連通的擴散管。外殼包括阻燃材料。所述外殼被構(gòu)型以與燃料電池系統(tǒng)接合。所述開口被構(gòu)型以減弱非氣體燃料流過該開口。所述燃料源在外殼內(nèi)包括多個結(jié)構(gòu)體。所述結(jié)構(gòu)體包括疏水材料。所述燃料源還包括與出口和/或閥門(如狹口閥)流體連通的擴散管，這些出口和/或閥門能夠選擇性地減弱流體流過擴散管。所述燃料源還包括與燃料流體連通的二氧化碳吸氣劑。所述燃料包括凝膠和/或液體。所述燃料包含醇，例如甲醇。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于燃料源，所述燃料源包括具有出口的外殼；其多個部分處在外殼內(nèi)的多個細長管，每個管限定內(nèi)腔并具有限定多個開口的表面；以及在外殼內(nèi)包括凝膠的燃料，所述燃料通過管的開口及內(nèi)腔與出口流體連通，其中所述燃料源被構(gòu)型以與燃料系統(tǒng)流體連通。所述燃料可包含甲醇。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池；與燃料電池流體連通的燃料源，述燃料源包括含醇的燃料；以及沿著流體流動通道處于燃料電池和燃料源之間的氣體驅(qū)動器。實施方案可包括一個或多個以下特征。所述燃料源包括具有出口的外殼，且氣體驅(qū)動器(如鼓風機)沿著流體流動通道處于出口和燃料電池之間。燃料源包括具有入口的外殼，且氣體驅(qū)動器沿著流體流動通道處于入口和燃料電池之間。燃料電池系統(tǒng)還包括沿著流體流動通道處于燃料電池和燃料源之間的擴散管。燃料電池系統(tǒng)還包括沿著流體流動通道處于燃料電池和燃料源之間的閥門。所述燃料源包括凝膠。燃料源可包括具有出口的外殼、所述外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體限定腔體并具有限定與所述腔體流體連通的開口的表面、以及在所述外殼內(nèi)的燃料，所述燃料通過所述結(jié)構(gòu)體的開口及腔體與出口流體連通。燃料源可包括具有出口的外殼；在所述外殼內(nèi)的多個細長管，每個管限定內(nèi)腔并具有限定與所述內(nèi)腔流體連通的多個開口的表面；以及在所述外殼內(nèi)包括凝膠的燃料，所述燃料通過所述管的開口及內(nèi)腔與出口流體連通。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括使燃氣流過其一部分處在燃料源內(nèi)的結(jié)構(gòu)體的開口及腔體；并使燃氣接觸燃料電池的陽極。實施方案可包括一個或多個以下特征。所述方法包括使燃氣流過其多個部分處在燃料源內(nèi)的多個結(jié)構(gòu)體的多個開口及多個腔體。所述結(jié)構(gòu)體包括細長管。所述方法還包括使燃氣流過擴散管；用閥門限制燃氣；將燃氣由燃料源鼓風至燃料電池；和/或?qū)怏w由燃料電池系統(tǒng)的出口鼓風至燃料源，并使所述氣體接觸燃料。燃料源包括液體燃料或凝膠燃料，例如包括甲醇的一種燃料。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括將燃氣從燃料源鼓風至燃料電池，所述燃料源包含醇；并使燃氣接觸燃料電池的陽極。實施方案可包括一個或多個以下特征。所述方法還包括使燃氣流過擴散管和/或減弱燃氣的流動。燃料源包括液體燃料或凝膠燃料。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括將氣體從燃料電池系統(tǒng)的出口鼓風至燃料源；并使氣體與燃料源中的燃料接觸，所述燃料包含醇。所述方法還包括使氣體流過擴散管，使氣體接觸干燥劑或二氧化碳吸氣劑，和/或減弱氣體的流動。燃料源可包括液體燃料或凝膠燃料。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括使燃氣流過其多個部分處在燃料源內(nèi)的多個結(jié)構(gòu)體的多個開口及多個腔體；將燃氣從燃料源鼓風至燃料電池；并使燃氣接觸燃料電池的陽極。實施方案可包括一個或多個以下特征。所述方法還包括使燃氣流過擴散管；減弱燃氣的流動；將出口氣體由燃料電池鼓風至燃料源，并使出口氣體接觸燃料源內(nèi)的燃料；使出口氣體流過擴散管；和/或減弱出口氣體的流動。所述燃料源包括液體燃料或凝膠燃料。通過所述附圖、說明和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點將顯而易見。圖1是燃料電池系統(tǒng)的一個實施方案的示意圖。圖2是燃料源的一個實施方案的圖示。圖3是燃料源的一個實施方案的示意圖。圖4是燃料源的一個實施方案的示意圖。圖5是燃料源的一個實施方案的圖示。圖6A、6B和6C是氣體擴散器的圖示。參照圖1，示出的是燃料電池系統(tǒng)20，例如直接甲醇燃料電池(DMFC)系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)20包括燃料電池組22；與燃料電池組流體連通的燃料源24(例如，包含甲醇的盒子)；與燃料電池組和燃料源流體連通的兩個氣體驅(qū)動器26和28；以及空氣驅(qū)動器30。為了圖示說明的目的，燃料電池組22顯示具有一個燃料電池32(下文進行描述)，但在其它實施方案中，燃料電池組包括多個燃料電池32，例如串連或并聯(lián)排列。簡單地講，燃料電池32包括陽極34、陰極36和位于陽極與陰極之間的電解質(zhì)38。燃料電池32還包括設(shè)置在電解質(zhì)38、陽極34和陰極36組件每一側(cè)上的氣體擴散層(GDL)40和42。將空氣驅(qū)動器30布置為有利于陰極反應物(如空氣)流向陰極36，以及陰極產(chǎn)物(如水)從陰極流出。將氣體驅(qū)動器26和28布置為有利于陽極反應物(如甲醇和水)由燃料源24流向陽極入口54，以及陽極產(chǎn)物(如二氧化碳)從陽極出口56流出(如所示，流向燃料源)。參照圖2，燃料源24被構(gòu)型以將蒸汽相燃料遞送至燃料電池組22。如所示，燃料源24是包括外殼44的棱柱形盒形式，所述外殼44具有入口47和出口53。在外殼44內(nèi)，燃料源24包括燃料48以及燃料中(例如，被燃料所包圍)的一個或多個(如所示，四個)蒸汽傳輸元件46。在一些實施方案中，蒸汽傳輸元件46是細長結(jié)構(gòu)體，其具有限定腔體50并穿孔有一個或多個開口52的外表面。腔體50和開口52與入口47及出口53流體連通。蒸汽傳輸元件可為例如限定內(nèi)腔的末端開口的穿孔管狀結(jié)構(gòu)體，并且在其它實施方案中，蒸汽傳輸元件可具有任何橫截面構(gòu)型(例如，三角形、正方形、矩形、或具有3、4、5、6、7、8或更多邊的規(guī)則或不規(guī)則多邊形)。蒸汽傳輸元件46可基本沿外殼44的整個長度或其一部分延伸。蒸汽傳輸元件的橫截面寬度或直徑可為約0.01微米至約10mm(例如約1mm至約5mm，如約1mm)。燃料源24可包括相同尺寸和構(gòu)型或不同尺寸和/或構(gòu)型的蒸汽傳輸元件46。蒸汽傳輸元件46可由諸如聚丙烯的材料制成，所述材料可長期穩(wěn)定地暴露于燃料48。在一些情況下，例如在DMFC系統(tǒng)中，用于形成蒸汽傳輸元件46的材料為疏水的，以減小水冷凝的可能性，從而保持水在蒸汽相中。開口52的尺寸容許氣體燃料通過所述開口，同時防止非氣體燃料(如液體燃料)通過，例如，由于表面張力。開口52可為例如圓形、橢圓形、具有3、4、5、6、7、8或更多邊的規(guī)則或不規(guī)則多邊形。在一些情況下，開口52的平均寬度或直徑為約0.001mm至約5mm；例如，平均寬度或直徑可大于或等于約0.05mm、0.5mm、1mm或3mm，和/或小于或等于約5mm、3mm、1mm、0.5mm或0.05mm。開口52可以規(guī)則圖案排列或隨機排列在蒸汽傳輸元件46上。燃料源24可包括任何數(shù)目的蒸汽傳輸元件46或所述元件的任何排列。蒸汽傳輸元件46可不規(guī)則或規(guī)則排列，例如排列成行或成列。蒸汽傳輸元件46可互相接觸和/或接觸外殼44的內(nèi)表面。在一些實施方案中，蒸汽傳輸元件46互相間隔開和/或與外殼44間隔開。例如，可利用塑料線框架或支架將蒸汽傳輸元件46保持在預定位置。所述框架或支架還容許在保持蒸汽傳輸元件46的位置的同時用燃料48填充燃料源24。如果在填充燃料后去除所述框架或支架，蒸汽傳輸元件46可隨著燃料48在使用期間的消耗而移動并互相接觸。燃料48能夠向燃料電池組22提供氣體形式的燃料。燃料48，例如包括醇(如甲醇和/或乙醇)或烴的燃料，可為液體或凝膠形式，其具有的蒸汽壓足以向電池組22提供氣體燃料。燃料凝膠是能夠排放出純的或高濃度的氣相燃料分子的粘稠物質(zhì)(例如，約5×10-5至200Pa□s(0.05至約200,000厘泊))。粘度可為例如大于或等于約10、25、50、100或150Pa□s(約10,000、25,000、50,000、100,000或150,000厘泊)；和/或小于或等于約200、150、100、50或25Pa□s(約200,000、150,000、100,000、50,000或25,000厘泊)。燃料凝膠組合物的一個實例包括燃料(如甲醇)；稀釋劑(如去離子水)；增稠劑(如CarbopolEZ-3，一種酸性的、疏水改性的交聯(lián)聚丙烯酸酯粉末)；以及中和劑(如三異丙醇胺)。其它燃料凝膠描述于Noveon的文獻，該文獻描述了使用丙烯酸聚合物(Carbopol)流變改性劑(由BFGoodrich制造)的實例；并用烹飪?nèi)剂鲜纠f明(例如，購自Sterno，配方實例由Noveon列出)?？蓪⒕哂凶銐蚋哒扯鹊娜剂夏z限制在外殼44內(nèi)，例如，通過使用塑料網(wǎng)柵(未示出)。如圖2所示，限制燃料48以限定兩個末端空間51，該空間提供燃料蒸汽可由此排放出的兩個界面。使用期間，氣相燃料分子能夠由燃料48流出，經(jīng)過蒸汽傳輸元件的開口52和腔體50，經(jīng)過出口53，到達燃料電池32的陽極34。使用與能夠提供氣相燃料的燃料組合的蒸汽傳輸元件46可提高所述燃料在燃料電池系統(tǒng)20中的遞送及其性能。蒸汽傳輸元件46可在任何幾何形狀的燃料源內(nèi)提供與燃料48的高表面積的界面，而不增加燃料源的占用區(qū)域。例如，在一個4×8×1cm的棱柱形燃料盒(體積為32cc)中，對燃料盒的某些設(shè)計，該盒的大面積占用區(qū)域的表面積為32cm2。相比之下，使用四個蒸汽傳輸元件(例如，直徑2mm，長度略小于8cm，50％可透過)可得到兩個4×1cm的矩形界面(來自末端空間51，共8cm2)，加上蒸汽傳輸元件提供的面積(每個略小于2.5cm2)，總面積略小于18cm2。對于十個蒸汽傳輸元件，總表面積略小于33cm2(元件的略小于25cm2，加上兩個界面的8cm2)，而體積為約2.5cc(小于燃料盒體積的10％)。此外，通過提供與燃料48的高表面積的界面，而不必增加出口53的橫截面積，蒸汽傳輸元件46增強了燃料源24的靈活性，例如，依據(jù)其幾何形狀和/或相對燃料電池組22的定向。燃料源24不必具有與燃料電池32相同的面積占用區(qū)域(即，基本相當于陽極34的活性區(qū)域)以獲得良好性能。此外，由于蒸汽傳輸元件46可接觸燃料48，蒸汽傳輸元件46和燃料之間的界面可保持相對恒定，例如，燃料不撤離出蒸汽傳輸元件。因此，隨著燃料48在使用期間被消耗，燃料源24能夠保持恒定的燃料遞送速率，從而使燃料電池組22能夠提供恒定的功率輸出。此外，燃料源24能夠以具有良好防止泄漏的相對簡單(例如，沒有移動部件)的小體積設(shè)計提供上述特征，尤其是當燃料48包括凝膠時。此外，燃料系統(tǒng)20的性能可通過采用氣體驅(qū)動器26和28的一個或兩個進一步增強。氣體驅(qū)動器26和28調(diào)節(jié)氣體流進和流出燃料電池組22，并進一步使燃料源24相對于燃料電池組22的定向更靈活。氣體驅(qū)動器26置于燃料源24的出口48和燃料電池組22的陽極入口54之間的氣體流動通道內(nèi)。氣體驅(qū)動器26能夠有利于(例如吸引)氣相燃料由蒸汽傳輸元件46流至燃料電池32。氣體驅(qū)動器28置于燃料電池組22的陽極出口56和燃料源24的入口46之間的氣體流動通道內(nèi)。氣體驅(qū)動器28能夠有利于陽極出口氣體(例如未反應的燃料、二氧化碳和水)由燃料電池32流至燃料源24，例如來循環(huán)水。氣體驅(qū)動器26和28可為例如鼓風機，如具有直流電機(購自中國溫州的Kot′lJinLongMachinery)和葉輪的一種鼓風機。在其它實施方案中，氣體驅(qū)動器26和28可為隔膜泵及其變型，或蠕動泵。泵的實例描述于U.S.6,274,261、WO00/36696、WO01/97317、WO01/97318、WO01/97319和WO02/31906中，所有這些專利據(jù)此全文引入本文以供參考。氣體驅(qū)動器26和/或28可為燃料電池組22的整體部件，位于電池組之內(nèi)或之上，或者氣體驅(qū)動器可為燃料源24的部件。在一些實施方案中，燃料電池系統(tǒng)20包括一個或多個限制機構(gòu)，當燃料電池系統(tǒng)沒有使用時，所述限制機構(gòu)部分地或完全地減弱(如隔離)氣體流出和流入燃料源24。限制氣體流入和流出燃料源24可減弱燃料48的降解(如，被空氣氧化)及燃料的不必要蒸發(fā)。限制機構(gòu)的實例包括壓敏閥，例如由聚合物膜制成的狹口閥，或突開閥。當存在壓差(例如當氣體驅(qū)動器26和/或28被啟動)時，壓敏閥會自動打開，并且當壓差消除(例如，氣體驅(qū)動器不起作用)時關(guān)閉。壓敏閥描述于例如2002年9月6日提交的U.S.S.N.10/236,126中。限制機構(gòu)的其它實例包括重力驅(qū)動瓣閥、機電閥或機械閥，例如手動操作的閂鎖或閥門。限制機構(gòu)可以任何組合延伸穿過燃料源24的入口47和/或出口53的橫截面，或穿過燃料電池組22的任何入口和/或出口?？晒┻x擇地或另外地，參照圖3和4，限制機構(gòu)可包括任何組合的與燃料源24的入口47和/或出口48流體連通和/或穿過燃料電池組22的任何入口和/或出口的擴散管49。擴散管是具有足夠長腔體或內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)體，從而缺少驅(qū)動力(例如，來自氣體驅(qū)動器)時，通過該管的氣體擴散足夠低以提供一個有效的閥門。在一些實施方案中，擴散管的長度大于盒子長度的約一半至盒子的整個長度。可采用不止一個擴散管，例如，通過在盒子外部兩側(cè)提供歧管，以及多個入口和出口。擴散管還描述于1999年9月21日提交的U.S.S.N.09/400,020,以及美國專利5,560,999和5,721,064中。在一些實施方案中，擴散管包括一個或多個延伸穿過該管橫截面的限制機構(gòu)(如，狹口閥或瓣閥)。限制機構(gòu)可縮短擴散管的長度和/或增強燃料源24的隔離。擴散管可為燃料源24的部件(例如，在外殼44內(nèi)部或外部整體成形)或燃料電池組32的集成部件。上述限制機構(gòu)可用于具有或沒有氣體驅(qū)動器26和28的燃料電池系統(tǒng)?？諝怛?qū)動器30被構(gòu)型以有利于陰極反應物(如氧氣)流向陰極36以及陰極產(chǎn)物(如水)流出陰極?？諝怛?qū)動器30可與氣體驅(qū)動器26或28，例如鼓風機相同。再次參照圖1，現(xiàn)在將描述燃料電池32的實例。燃料電池32包括電解質(zhì)38、粘合在電解質(zhì)第一側(cè)面上的陽極34、以及粘合在電解質(zhì)第二側(cè)面上的陰極36。電解質(zhì)38、陽極34和陰極36設(shè)置在氣體擴散層(GDL)40和42之間。電解質(zhì)38應當能夠容許離子流過，同時基本阻止電子的流動。在一些實施方案中，電解質(zhì)38是固體聚合物(例如，固體聚合物離子交換膜)，例如固體聚合物質(zhì)子交換膜(如包含磺酸基團的固體聚合物)。此類膜以商標NAFION商購自E.I.DuPontdeNemoursCompany(Wilmington，DE)?？晒┻x擇地，電解質(zhì)38也可由購自W.L.Gore&Associates(Elkton，MD)的商業(yè)產(chǎn)品GORE-SELECT制備。陽極34可由能夠與甲醇和水相互作用以生成二氧化碳、質(zhì)子和電子的物質(zhì)例如催化劑來形成。此類物質(zhì)的實例包括例如鉑、鉑合金(如Pt-Ru、Pt-Mo、Pt-W或Pt-Sn)、分散在碳黑上的鉑。陽極34還可包括電解質(zhì)，例如離聚物材料，如NAFION，其容許陽極傳導質(zhì)子。可供選擇地，將懸浮液施用到面向固體電解質(zhì)38的氣體擴散層(在下文描述)的表面上，然后干燥懸浮液。制備陽極34的方法還可包括利用壓力和溫度來實現(xiàn)粘結(jié)。陰極36可由能夠與氧氣、電子和質(zhì)子相互作用以生成水的物質(zhì)例如催化劑來形成。此類物質(zhì)的實例包括例如鉑、鉑合金(如Pt-Co、Pt-Cr或Pt-Fe)以及分散在碳黑上的貴金屬。陰極36還可包括電解質(zhì)，例如離聚物材料，如NAFION，其容許陰極傳導質(zhì)子。陰極36可根據(jù)以上關(guān)于陽極34的描述進行制備。氣體擴散層(GDL)40和42可由氣體和液體均可透過的材料形成。合適的GDL購自多家公司，例如Etek，Natick，MA；SGL，Valencia，CA；和Zoltek，St.Louis，MO。GDL40和42可為導電的，從而電子可由陽極34流至陽極流場板(未示出)，并由陰極流場板(未示出)流至陰極36。直接甲醇燃料電池和燃料電池系統(tǒng)的其它實施方案，包括使用方法，被描述于例如“FuelCellSystemsExplained”，J.Laraminie，A.Dicks，Wiley，NewYork，2000；“DirectMethanolFuelCellsFromaTwentiethCenturyElectrochemist′sDreamtoaTwenty-firstCenturyEmergingTechnology”，C.Lamy，J.Leger，S.Srinivasan，ModernAspectsofElectrochemistry，第34期，J.Bockris等人編輯，KluwerAcademic/PlenumPublishers，NewYork(2001)pp53-118；和“DevelopmentofaMiniatureFuelCellforPortableApplications”，S.R.Narayanan，T.I.ValdezandF.Clara，摘自DirectMethanolFuelCells，S.R.Narayanan，S.GottesfeldandT.Zawodzinski，編輯，ElectrochemicalSocietyProceedings，2001-4(2001)Pennington，NJ，所有這些均據(jù)此引入以供參考。其它實施方案燃料源24的外殼44可為能夠與燃料電池或燃料電池組接合并向其提供燃料的任何構(gòu)型。例如，參照圖5，燃料源24′包括入口47′和出口53′，所述入口和出口被構(gòu)型以與燃料電池或燃料電池組的相應入口和出口接合，例如扣合或鎖合。燃料源24′可包括上述任何一個或多個限制機構(gòu)。在一些實施方案中，燃料源24的外殼44包括(例如，由包括其的組合物形成)阻燃劑(如CN-2616，一種購自GreatLakesChemical公司的氮-磷膨脹化合物)以降低燃料源的易燃性。陽極入口54可包括一個或多個特征以增強燃料在陽極54活性區(qū)域上的均勻分配。例如，參照圖6A、6B和6C，燃料電池系統(tǒng)可包括一個或多個氣體擴散器60、62和/或64用于有效的蒸汽流動。氣體擴散器可為例如截頭圓錐體構(gòu)件(圖6A)、平板(圖6B)或篩網(wǎng)(圖6C)，其與陽極入口54接合或在陽極入口54附近。當氣體流出陽極入口54并進入陽極室時，氣體分散在陽極室內(nèi)以減小低燃料濃度區(qū)域(相對于沿著MEA表面的其它區(qū)域)的發(fā)生。氣體擴散器可與燃料源、燃料電池或燃料電池組成為一體。氣體擴散器可用在燃料電池系統(tǒng)的陰極側(cè)上。從單一入口進料分散陽極和/或陰極氣體的其它方法包括將入口分成多個端口，例如使用歧管。在一些實施方案中，燃料電池系統(tǒng)只包括一個氣體驅(qū)動器，例如，氣體驅(qū)動器26或氣體驅(qū)動器28。在一些實施方案中，本文所述的燃料電池系統(tǒng)包括一個或多個排放控制系統(tǒng)，例如描述于2003年5月14日提交的普通轉(zhuǎn)讓的U.S.S.N.10/438,031中的那些。簡單地講，排放控制系統(tǒng)能夠降低釋放到環(huán)境中的未反應燃料及部分氧化產(chǎn)物(如，甲醛和/或甲酸)的含量。排放控制系統(tǒng)(包括它們在燃料電池系統(tǒng)中的放置)的實施方案描述于U.S.S.N.10/438,031中。可供選擇地或另外地，燃料電池系統(tǒng)可包括能夠降低燃料電池組22排放二氧化碳的材料(如，吸氣材料)。諸如氧化鈣的吸氣材料可位于沿著出口56下游的流體流動通道的任何位置。例如，燃料源24可在外殼44內(nèi)包含吸氣材料。在一些實施方案中，蒸汽傳輸元件不包括任何開口。蒸汽傳輸元件可由氣體可透過但液體不可透過的材料形成，例如膨化聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚苯乙烯和聚乙烯膜，如美國專利申請公布US2003/0215686A1中所述，和Lim等人的GasPermeableMembranesComposedofCarboxylatedPoly(vinylchloride)andPolyurethane，Bull.KoreanChem.Soc.1999，第20卷，第6期，第672至676頁，據(jù)此引入以供參考。氣體可透過但液體不可透過的材料可用于凝膠燃料和/或液體燃料。由氣體可透過但液體不可透過材料形成的蒸汽傳輸元件可用于本文所述的燃料源或燃料電池系統(tǒng)的任何實施方案。實施例以下示例性的實施例描述了制備燃料凝膠的方法。所述燃料凝膠包括按重量計約75.0％的甲醇；按重量計約24.0％的去離子水；按重量計約0.5％的CarbopolEZ-3；和按重量計約0.5％的三異丙醇胺。將CarbopolEZ-3增稠劑加入到水中，無需攪拌，并容許浸濕幾分鐘。然后在攪拌下加入甲醇。然后在攪拌下加入溶融的三異丙醇胺。在該步驟之后也可加入其它添加劑(例如阻燃劑，如CN-2616)。加入三異丙醇胺后，形成清澈凝膠，可將該凝膠傾倒或抽吸到燃料盒內(nèi)，容許冷卻且進一步凝膠化。本文涉及到的所有參考文獻，例如專利申請、公布和專利均全文引入本文以供參考。其它實施方案在權(quán)利要求書中。權(quán)利要求1.一種用于燃料電池的燃料源，所述燃料源包括具有出口的外殼；其一部分處在所述外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體限定腔體并具有限定與所述腔體流體連通的開口的表面；和在所述外殼內(nèi)的燃料，所述燃料通過所述結(jié)構(gòu)體的開口和腔體與所述出口流體連通。2.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述結(jié)構(gòu)體包括細長管并且所述腔體是所述管的內(nèi)腔。3.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述開口被構(gòu)型以減少非氣體燃料流過所述開口。4.如權(quán)利要求1所述的燃料源，所述燃料源在所述外殼內(nèi)包括多個結(jié)構(gòu)體。5.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述結(jié)構(gòu)體包括疏水材料。6.如權(quán)利要求1所述的燃料源，所述燃料源還包括與所述出口流體連通的擴散管。7.如權(quán)利要求6所述的燃料源，所述燃料源還包括能夠選擇性地減弱流體流過所述擴散管的閥門。8.如權(quán)利要求1所述的燃料源，所述燃料源還包括能夠選擇性地減弱流體流過所述出口的閥門。9.如權(quán)利要求8所述的燃料源，其中所述閥門包括狹口閥。10.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述外殼具有入口，并且所述燃料源還包括與所述入口流體連通的擴散管。11.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述燃料包括凝膠。12.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述燃料包括液體。13.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述燃料包含醇。14.如權(quán)利要求13所述的燃料源，其中所述燃料包含甲醇。15.如權(quán)利要求1所述的燃料源，所述燃料源還包括與所述燃料流體連通的二氧化碳吸氣劑。16.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述外殼包括阻燃材料。17.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述外殼被構(gòu)型以與燃料電池系統(tǒng)接合。18.一種燃料源，所述燃料源包括具有出口的外殼；其多個部分處在所述外殼內(nèi)的多個細長管，每個管限定內(nèi)腔并具有限定多個開口的表面；和在所述外殼內(nèi)包括凝膠的燃料，所述燃料通過所述管的開口和內(nèi)腔與所述出口流體連通，其中所述燃料源被構(gòu)型以與燃料系統(tǒng)流體連通。19.如權(quán)利要求18所述的燃料源，其中所述燃料包含甲醇。20.一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池；與所述燃料電池流體連通的燃料源，所述燃料源包括含醇的燃料；和沿著流體流動通道處于所述燃料電池和所述燃料源之間的氣體驅(qū)動器。21.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料源包括具有出口的外殼，并且所述氣體驅(qū)動器沿著所述流體流動通道處于所述出口和所述燃料電池之間。22.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料源包括具有入口的外殼，并且所述氣體驅(qū)動器沿著所述流體流動通道處于所述入口和所述燃料電池之間。23.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述氣體驅(qū)動器包括鼓風機。24.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括沿著流體流動通道處于所述燃料電池和所述燃料源之間的擴散管。25.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括沿著流體流動通道處于所述燃料電池和所述燃料源之間的閥門。26.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料源包括凝膠。27.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料源包括具有出口的外殼、在所述外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體限定腔體并具有限定與所述腔體流體連通的開口的表面、以及在所述外殼內(nèi)的燃料，所述燃料通過所述結(jié)構(gòu)體的開口及腔體與所述出口流體連通。28.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料源包括具有出口的外殼；在所述外殼內(nèi)的多個細長管，每個管限定內(nèi)腔并具有限定與所述內(nèi)腔流體連通的多個開口的表面；以及在所述外殼內(nèi)包括凝膠的燃料，所述燃料通過所述管的開口及內(nèi)腔與所述出口流體連通。29.一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括使燃氣流過結(jié)構(gòu)體的開口及腔體，所述結(jié)構(gòu)體的一部分處在燃料源內(nèi)；和使所述燃氣接觸燃料電池的陽極。30.如權(quán)利要求29所述的方法，所述方法包括使所述燃氣流過多個結(jié)構(gòu)體的多個開口及多個腔體，所述結(jié)構(gòu)體的多個部分處在所述燃料源內(nèi)。31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)體包括細長管。32.如權(quán)利要求29所述的方法，所述方法還包括使所述燃氣流過擴散管。33.如權(quán)利要求29所述的方法，所述方法還包括用閥門限制所述燃氣。34.如權(quán)利要求29所述的方法，所述方法還包括將所述燃氣從所述燃料源鼓風至所述燃料電池。35.如權(quán)利要求29所述的方法，所述方法還包括將氣體從所述燃料電池系統(tǒng)的出口鼓風至所述燃料源，并使所述氣體接觸燃料。36.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述燃料源包括液體燃料或凝膠燃料。37.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述燃料源包括含甲醇的燃料。38.一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括將燃氣從燃料源鼓風至燃料電池，所述燃料源包含醇；和使所述燃氣接觸所述燃料電池的陽極。39.如權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括使所述燃氣流過擴散管。40.如權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括減弱所述燃氣的流動。41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述燃料源包括液體燃料或凝膠燃料。42.一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括將氣體從所述燃料電池系統(tǒng)的出口鼓風至燃料源；和使所述氣體與所述燃料源內(nèi)的燃料接觸，所述燃料包含醇。43.如權(quán)利要求42所述的方法，所述方法還包括使所述氣體流過擴散管。44.如權(quán)利要求42所述的方法，所述方法還包括使所述氣體接觸干燥劑或二氧化碳吸氣劑。45.如權(quán)利要求42所述的方法，所述方法還包括減弱所述氣體的流動。46.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述燃料源包括液體燃料或凝膠燃料。47.一種操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括使燃氣流過多個結(jié)構(gòu)體的多個開口及多個腔體，所述結(jié)構(gòu)體的多個部分處在燃料源內(nèi)；將所述燃氣從所述燃料源鼓風至燃料電池；和使所述燃氣接觸所述燃料電池的陽極。48.如權(quán)利要求47所述的方法，所述方法還包括使所述燃氣流過擴散管。49.如權(quán)利要求47所述的方法，所述方法還包括減弱所述燃氣的流動。50.如權(quán)利要求47所述的方法，所述方法還包括將出口氣體從所述燃料電池鼓風至所述燃料源，并使所述出口氣體接觸所述燃料源內(nèi)的燃料。51.如權(quán)利要求50所述的方法，所述方法還包括使所述出口氣體流過擴散管。52.如權(quán)利要求50所述的方法，所述方法還包括減弱所述出口氣體的流動。53.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述燃料源包括液體燃料或凝膠燃料。54.一種用于燃料電池的燃料源，所述燃料源包括具有出口的外殼；其一部分處在所述外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體限定腔體并包括氣體可透過但液體不可透過的材料；和在所述外殼內(nèi)的燃料，所述燃料通過所述結(jié)構(gòu)體的開口和腔體與所述出口流體連通。55.如權(quán)利要求54所述的燃料源，其中所述氣體可透過但液體不可透過的材料包含聚四氟乙烯。56.如權(quán)利要求54所述的燃料源，其中所述燃料包括液體或凝膠。57.如權(quán)利要求54所述的燃料源，所述燃料源在所述外殼內(nèi)包括多個結(jié)構(gòu)體。全文摘要公開了燃料電池及操作燃料電池的方法。在一個方面，本發(fā)明的特征在于用于燃料電池的燃料源包括具有出口的外殼、其一部分處在外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體限定腔體并具有限定與所述腔體流體連通的開口的表面、以及外殼內(nèi)的燃料。所述燃料通過所述結(jié)構(gòu)體的開口及腔體與出口流體連通。文檔編號H01M8/00GK1918736SQ200580004645公開日2007年2月21日申請日期2005年2月8日優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日發(fā)明者A·G·吉里辛斯基,B·L·赫斯申請人:吉萊特公司