專利名稱：便攜式燃料電池及其方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及燃料電池，更具體而言，但并非為了限制，涉及^f更攜 式或微型燃料電池系統(tǒng)及其方法。
背景技術：
燃料電池是利用燃料和氧的反應來產生電力的電化學能量轉換裝置。 只要燃料存在燃料電池就能持續(xù)運轉。當用氫來做燃料時，唯一的副產品 是水蒸氣。燃料電池的轉化反應用電化學的方法發(fā)生，能量作為電能和熱 能的結合釋放。電能能夠直接做有用功而熱能能夠散開。諸如便攜式電話和膝上型電腦(尤其)的便攜式電子設備需要相當大 量的電力來運轉。同時為這些設備提供功率的首要和任選次要電池到達性 能極限。如此，未來的便攜式設備將可能要求更大的電力需求，很可能的 是，電池電源不能為其提供所需的功率。燃料電池是傳統(tǒng)電池的可行的替 代功率源，但目前為它們相對較大的尺寸、較低的能量密度級以及不充足 的功率輸出所限制。其中，現有燃料電池的這些缺點是現有燃料電池元件 的結合難以實施以及在電子設備中的設置需求的結果。認識到該技術的前述說明，已經想象到提供能夠在包括一切的系統(tǒng)內保持高能量密度以及提供足夠的功率輸出的便攜式燃料系統(tǒng)的主題，現在 在正文以及與本發(fā)明文件相關的附圖中說明該主題。發(fā)明內容本主題的實施例涉及燃料電池系統(tǒng)。在一個示例中，所述燃料電池系 統(tǒng)包括至少一個燃料電池或燃料電池層，其包括陽極、陰極以及置于兩
者之間的電解質；燃料或燃料儲存材料；燃料儲存器，其包括至少一個表 面鄰近所述至少一個燃料電池或燃料電池層的第一部分放置，在所述至少 一個燃料電池或燃料電池層中所述燃料儲存器配置成儲存燃料或燃料儲 存材料；電流收集電路，其接觸所述至少一個燃料電池或燃料電池層的第 二部分，在所述至少一個燃料電池或燃料電池層中所述電流收集電路配置 成接收和分配由所述燃料電池或燃料電池層產生的電流；燃料壓力通風系 統(tǒng)，其置于所述至少一個儲存器表面和所述至少一個燃料電池或燃料電池 層的所述第 一部分之間。在另一示例中，所述燃料系統(tǒng)包括燃料存儲器、系統(tǒng)蓋、封閉區(qū)以及 至少一個燃料電池。所述燃料儲存器配置成儲存燃料或燃料儲存材料。所 述系統(tǒng)蓋配置成與所述燃料儲存器是可附接的，藉此在那里形成封閉區(qū)。 所述至少一個燃料電池包括一個或更多的包括所述燃料電池的陽極或陰 極的柔性壁。所述柔性壁在結構上被設置成形成反應物壓力通風系統(tǒng) (reactant plenum )，當4皮增壓時，由所述燃料儲存器或系統(tǒng)蓋的一個或兩 個的一部分來支承。本主題的實施例還涉及制造燃料電池系統(tǒng)的方法。 一個方法包括形 成燃料電池或燃料電池層；將燃料儲存器耦合到所述燃料電池或燃料電池 層的第一部分，使得所述燃料壓力通風系統(tǒng)形成在兩者之間；將電流收集 電路鄰近于所述燃料電池或燃料電池層的第二部分放置；將具有至少一個 的進氣口的系統(tǒng)蓋放置在所述電流收集電路、所述燃料電池或燃料電池 層、或者所述燃料儲存器的一部分的一個或多個之上，包括將所述至少一 個進氣口 ( air access port)定位成靠近所述燃料電池或所述燃料電池層的 第二部分；以及將系統(tǒng)蓋耦合到所述燃料儲存器。另一方法包括形成配置成在其中儲存燃料的燃料儲存器；形成系統(tǒng) 蓋；將所述系統(tǒng)蓋耦合到包括形成封閉區(qū)的所述燃料儲存器的一部分；》文 置至少一個在所述封閉區(qū)中的、包拾沒置一個或多個彈性燃料電池壁的燃 料電池以形成至少一個反應物壓力通風系統(tǒng)。在各種示例中，形成所述燃 料儲存器和系統(tǒng)蓋包括形成用于所述一個或多個彈性燃料電池壁的支承?？紤]以下說明和相關附圖，本系統(tǒng)和方法的這些和其他的方面、優(yōu)點 以及特征將變得顯而易見。


附圖中，未必成比例繪制，各個視圖中的相同數字描述類似元件。具
，不同字母后，的相同數，表，類似元件，不同實例;這些附圖7般通過 圖l示出了根據至少一個實施例構造的燃料電池系統(tǒng)的分解圖。圖2示出了根據至少一個實施例構造的一樣燃料電池的諸如沿圖1的 2-2線的橫截面圖。圖3示出了包括一個或更多的如根據各種實施例構造的燃料電池以及 燃料儲存器的燃料電池系統(tǒng)的部分的橫截面圖。圖4示出了制造諸如圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的方法，如根據至少一 個實施例構造的那樣。圖5A-5B示出了包括一個或多個燃料電池、燃料儲存器以及系統(tǒng)蓋 的燃料電池系統(tǒng)的部分的橫截面圖，如根據各種實施例構造的那樣。圖6示出了制造諸如圖5B所示的燃料系統(tǒng)的燃料系統(tǒng)的方法，如根 據至少一個實施例構造的那樣。
具體實施方式
以下詳細描述包括引用附圖，該附圖形成該詳細描述的一部分。作為 例證，附圖示出了特定實施例，在該特定實施例中本系統(tǒng)和方法可以被實 踐。這些實施例，在這里還被稱作"示例"，被足夠詳細地描述以使本領 域技術人員能夠實踐本系統(tǒng)和方法。在不背離本系統(tǒng)和方法的范圍的情況 下，可以結合該實施例，可以利用其它實施例，或者做出結構和邏輯的改 變。因此，以下詳細說明并不采納限制性的意義，本系統(tǒng)和方法的范圍由 所附的權利要求以及它們的等同物所限定。在該文件中，術語"一"用于包括一個或多于一個，除非另有指示， 術語"或者"用于指非排他性的。此外，應當理解，這里所使用的措詞或 術語，除非另有定義，僅是為了說明而非限制。如果它們將用于電力電子設備，諸如便攜式電話、衛(wèi)星電話、膝上型 電腦、顯示器、個人音頻或視頻播放器、醫(yī)療設備、電視、發(fā)射器、接收 器、包括室外照明或閃光燈的照明設備、電子玩具、電動工具或傳統(tǒng)地以 電池方式使用的任何設備，希望甚至需要燃料電池系統(tǒng)以僅占用整個電子 設備體積的小體積、保持高能量密度以及提供充足的功率輸出。然而，現 有的燃料系統(tǒng)用于電子設備時不是太大就是不能保持高能量密度以及提 供在時間的足夠期間內對電子設備供電所需的能量。有利地，本主題提供 燃料電池系統(tǒng)，其能夠保持高能量密度以及提供足夠的功率輸出，但僅占 用整個電子設備體積的相對較小的體積。此外，本燃料電池可以無需泵、閥以及加熱器而被動地(passively)操作，無需依賴任何輔助電池 (supplemental battery)或其它電源可迅速地啟動?，F在參見附圖，尤其是圖1，這里示出了燃料電池系統(tǒng)IOO,其中包括 燃料電池層102以及燃料儲存器(例如燃料箱)104。燃料電池層102包括 一個或更多的燃料電池，其每一個包括陽極107、陰極108以及置于兩者 之間的電解質109(例如離子交換膜)。系統(tǒng)100中所利用的燃料電池層102 可以為平面燃料電池，諸如具有電載流結構的電化學電池結構，其至少部 分地位于電化學反應層之下。在一個這樣的示例中，所述電池包括其每一 邊上均有催化劑層的離子交換膜。在另一這樣的示例中，電化學電池結構 包括多個單獨的、形成于離子交換膜的片上的單元電池。在燃料電池系統(tǒng) 100中，用含氧的空氣作為氧化劑提供*一電池的陰極108,用諸如氬的 燃料供給每一電池的陽極107?？梢缘玫接糜谌剂蟽Υ嫫?04的許多結構選擇。例如，在一個示例中， 燃料儲存器104可以包括多孔的燃料箱，在該燃料箱中第一和第二多孔元 件相互連通并被設置成基本上填充可利用的電子設備空間。在這樣的一個 示例中， 一個或更多的內部端口流通地(fluidly)連接第一和第二多孔元 件，而一個或更多的端蓋耦合到元件的端部。在另一示例中，燃料儲存器 104可以包括不規(guī)則形狀(例如非圓形、非矩形或非三角形的形狀)，其大 致符合所指定空間(allotted space)的可利用體積。所指定空間可以i更置 在便攜式電話、衛(wèi)星電話、膝上型電腦、電腦附件、顯示器、個人音頻或 視頻播放器、醫(yī)療設備、電視機、發(fā)射器、接收器、包括室外照明或閃光 燈的照明設備、電子玩具或電動工具之中。在又一示例中，如圖l所示， 燃料儲存器104可以包括空隙(void) 152以容納選擇性的元件，諸如輔 助能量電池122或電子調節(jié)電路120。在這些結構性的示例中的每一個，燃料儲存器104密封諸如氫的燃料， 或者諸如氫儲存材料的燃料儲存材料。在一個示例中，燃料儲存器104 密封包括一種或更多的活性物質粒子以及粘合劑的合成氫儲存材料，其 中粘合劑固定活性物質粒子足以保持活性粒子之間的相對空間關系。在 一個這樣的示例中，氫儲存材料包括金屬氫化物。在其它技術之中，氫 儲存材料可以利用物理吸著或化學吸著的一個或兩個來儲存氫。來自燃料電池層102的功率可以由電流收集電路106來采集，該電流 收集電路收集由燃料電池層102產生的電流以及經由功率輸出連接器116 將其發(fā)送出系統(tǒng)100或者替代地將其發(fā)送進調節(jié)電子部分120 (例如電子 調節(jié)電路)。在示出但可以變化的示例中，功率輸出連接器116連接至電流 收集器106和選擇調節(jié)電子部分120。電流收集電路106可以是能變形的 以符合燃料電池層102或其它燃料電池系統(tǒng)元件的形狀或位置。在一個示 例中，燃料電池系統(tǒng)100提供高達大約4瓦特的峰值功率輸出，而在其它 的示例中，燃料電池系統(tǒng)100可以提供大約2-3瓦特的峰值功率輸出。在 各種示例中，燃料電池的平均功率輸出在大約0.2-1.8瓦特之間，諸如大 約0.5-1.5瓦特、大約0.75- 1.25瓦特或者大約1瓦特。在各種示例中， 燃料電池系統(tǒng)100提供大約200-600瓦特-小時/升或更多的能量密度， 諸如大約250-350瓦特-小時/升或者大約30瓦特-小時/升。在各種示 例中，燃料電池系統(tǒng)IOO包括大約25立方厘米或更少的尺寸。在某個示例 中，燃料電池系統(tǒng)100的尺寸為大約IO立方厘米或更少。在各種示例中，燃料儲存器104包括添加燃料口 112和壓力調節(jié)器110。 添加燃料口 112可以為壓力激活閥，其允許諸如燃料流的液體流進入燃料 儲存器104。在一個示例中，添加燃料口 112包括燃料入口和至少一個具 有第一密封部位和第二燃料部位的可壓縮構件。在這樣一個示例中，當至 少一個可壓縮構件位于第一密封部位時，至少一個可壓縮構件以密封的方 式與燃料進口相耦合。在示出的示例中，添加燃料閥112與燃料儲存器104 的下壁114相耦合。壓力調節(jié)器110可以設計成將燃料儲存器壓力減少到燃料電池層102 所接受的更恒定的、更低的壓力。在一個示例中，壓力調節(jié)器110與燃料 儲存器104的上壁115結合，包括調節(jié)器機體、彈性構件、隔膜、調節(jié)器 閥以及密封構件。在這樣的一個示例中，隔膜和調節(jié)器閥可移動地響應于 第一腔室和第二腔室之間的壓力差。在示出的示例中，燃料壓力通風系統(tǒng)212(圖2)通過鄰近于燃料儲存 器104的至少一個表面150放置燃料電池層102來制造。鄰近燃料電池層 102的燃料儲存器表面150的周邊可以由諸如可壓縮的或彈性的密封圏或 者粘合劑的密封構件126來密封，藉此形成燃料壓力通風系統(tǒng)212。在這 一示例的操作中，燃料儲存器104通過對添加燃料口 112增壓來填滿燃料。 然后壓力調節(jié)器110用于減少或保持燃料壓力通風系統(tǒng)212中的壓力至足 以用于燃料電池層102的操作和移動的量級。燃料壓力通風系統(tǒng)中的壓力 又促動或迫使燃料電池層102抵靠電流收集電路106，提供這些元件之間
的接觸。然后以這種方式，燃料電池系統(tǒng)100能夠簡單地通過將系統(tǒng)100暴露在周圍空氣中來激活(即例如氫和氧之間的電化學反應能夠開始)。在替代的示例中，燃料電池層102可以直接粘合至電流收集電路106使得 電流能夠被收集而無需壓力激活。任選地，燃料電池系統(tǒng)IOO可以包括系統(tǒng)蓋124或多孔防護構件118。 可以利用系統(tǒng)蓋124以協(xié)助諸如燃料電池層102和燃料儲存器104的元件 之間的連接。其中，系統(tǒng)蓋124可由包括鋼或鋁的堅硬但延展性好的材料 構造。適于系統(tǒng)蓋124的材料的其它示例包括硬質塑料，諸如Ultem (通 用電氣公司的注冊商標)或聚乙烯。在各種示例中，系統(tǒng)蓋124包括一個 或更多的進氣口 206 (圖2 )，其允許燃料電池陰極108至少部分進入周圍 空氣。如所示，系統(tǒng)蓋124配置成圍繞燃料電池層102以及通過諸如焊接 (welding )、錫焊、銅焊、巻邊(crimping )、膠粘、熱粘合、壓敏粘合或 者一個或更多的機械結構(例如扣件或突起)的任何物理的或化學的手段 可以附接至燃料儲存器104。機械結構可以任選地松開。當仍允許空氣流到那時，多孔防護構件118可以提供對燃料電池陰極 108的保護。在一個示例中，多孔防護構件118保護陰極108免受周圍空 氣中的干擾物。在特定示例中，當仍允許燃料流經時，多孔防護構件118 可以在陽極側鄰近于燃料電池層102放置以提供對陽極的保護。圖2為根據一個示例的燃料電池系統(tǒng)100的諸如沿圖1的線2 - 2的橫 截面圖。在這一示例中，第一燃料儲存器表面150在其周邊接觸密封構件 126的第一側。燃料電池層102的第一側250接觸密封構件126的第二側， 使得燃料壓力通風系統(tǒng)212由此產生。燃料電池層102的第二側252接觸 電流收集電路106。防護構件118保護燃料電池層102和它的元件免受來 自環(huán)境的干擾物。系統(tǒng)蓋124圍繞燃料電池層102和燃料電池系統(tǒng)100的 其它元件(例如防護性多孔構件118、電流收集電路106和燃料壓力通風 系統(tǒng)212)以及連接至燃料儲存器104。系統(tǒng)蓋124包括進氣口 206，其允 許周圍空氣進入燃料電池層102元件，諸如陰極108 (圖1 )。方向208的 氣流經過進氣口 206和多孔防護構件118以提供氧至燃料電池層102的陰 極108。在這一示例中，當來自燃料儲存器104的燃料(例如氫)氣流210經 過壓力調節(jié)器110進入燃料壓力通風系統(tǒng)212,燃料壓力202在朝著電流 收集電路106的方向在燃料電池層102上施加力，提供兩者之間的接觸。 如所示，系統(tǒng)蓋124至燃料儲存器104的機械連接在電流收集電路106上
施加朝著燃料電池層102(在與燃料壓力202相反的方向上)的套壓力204, 進一步提供燃料電池系統(tǒng)IOO之間的有效接觸。有很多用于燃料電池系統(tǒng)100的選擇。例如，在特定示例中，燃料壓 力通風系統(tǒng)212包括寬度小于大約lmm的尺寸(其中寬度為基本上垂直 于燃料儲存器104以及從燃料儲存器104延伸至燃料電池層102的距離)， 而在其它示例中，燃料壓力通風系統(tǒng)212包括大于lmm的寬度。在特定 示例中，電流收集電路106可以放置在燃料電池層102的下面，與燃料電 池層102結合，或者放置在燃料壓力通風系統(tǒng)中，而不是接觸燃料電池層 102的第二側252。在這樣的示例中，燃料電池層102和電流收集電路106 之間的連接可能不是由燃料壓力所產生的向外的力202激活，而是經過連 接的更積極的方式(例如粘結法)。圖3A-3D示出了燃料電池系統(tǒng)100的部分的橫截面圖，其中包括一 個或更多的燃料電池層102、諸如氫燃料儲存器的燃料儲存器104以及一 個或更多的密封構件126。在圖3A中， 一個燃料電池層102鄰近燃料儲存 器104放置。在圖3B中，兩個燃料電池層102在燃料儲存器104的周圍 相對放置。在圖3C中，三個燃料電池層102放置在燃料儲存器104的三 個分開的表面上。在圖3D中，兩個燃料電池層102放置在不規(guī)則形狀(例 如非正方形或非矩形形狀)燃料儲存器104的兩個分開的表面上。其中， 圖l-2所示的燃料電池系統(tǒng)能夠利用圖3A-3B所示的配置。正如結合圖 2所討論的， 一個或更多的密封構件126可以放置在燃料電池層102和燃 料儲存器104之間，藉此形成燃料可以從儲存器104流入210其中的燃料 壓力通風系統(tǒng)212。圖4示出了制造諸如圖1所示的便攜式燃料電池系統(tǒng)100的燃料電池 系統(tǒng)的一個方法400。 402處，形成至少一個燃料電池。在各種示例中，形 成多個燃料電池以產生燃料電池層。每一燃料電池包括陽極、陰極和置于 兩者之間的電解質。404處，燃料儲存器與所述至少一個燃料電池的第一 部分耦合，藉此形成兩者之間的燃料壓力通風系統(tǒng)。在一個示例中，燃料 儲存器使用導電粘合劑與所述至少一個燃料電池的第一部分耦合。在另一 示例中，密封構件放置在燃料儲存器和所述至少一個燃料電池的第一部分 之間。406處，電流收集電路鄰近與所述至少一個燃料電池的第二部分放置。 在一個示例中，電流收集電路用電力與便攜式電子設備耦合。在另一示例 中，電流收集電路用電力與電子調節(jié)電路耦合。 進一步地，408處，具有至少一個進氣口的系統(tǒng)蓋放置在電流收集電 路、所述至少一個燃料電池、或者燃料儲存器的一部分的一個或更多之上， 在該系統(tǒng)蓋中所述至少一個進氣口靠近所述至少一個燃料電池的第二部 分放置。在一個示例中，防護性多孔構件放置在所述至少一個進氣口和所 述至少一個燃料電池的第二部分之間。410處，系統(tǒng)蓋與燃料儲存器耦合。 在一個示例中，系統(tǒng)蓋通過焊接、錫焊、銅焊、巻邊、膠粘、熱粘、壓敏 粘合劑或者一個或更多的機械結構(例如扣件或突起)耦合至燃料儲存器。 才幾械結構可以任選地;f^開?，F在參見圖5A-5B，以橫截面的形式示出了燃料電池系統(tǒng)100，其中 包括帶有一個或更多彈性壁502的燃料電池層102、配置成儲存燃料或燃 料儲存材料的燃料儲存器104、系統(tǒng)蓋124以及密封區(qū)504。燃料電池層 102包括一個或更多的燃料電池，其每一個包括陽極107、陰極108和置于 陽極107和陰極108之間的電解質(未明白地示出)以及電流收集電路106。其中，經由焊接、錫焊、銅焊、巻邊、使用粘合劑、或一個或更多的 機械結構，系統(tǒng)蓋124與燃料儲存器104為可連接的，藉此形成封閉區(qū)504， 如所示。所述一個或更多的燃料電池層102可以放置在封閉區(qū)504中使得 它們相應的彈性壁502在結構上設置成形成至少一個反應物壓力通風系統(tǒng) 506。所述一個或多個彈性壁502由燃料儲存器104或系統(tǒng)蓋124的一個或 兩個的一部分來支承。在示出的示例中，陰極108是從彈性壁502的外部 可以接近的以及經由系統(tǒng)蓋124中的進氣口暴露在周圍空氣中，而陽極107 是從彈性壁502的內部可以接近的以及可以暴露在諸如氫燃料的反應物 中。電流接收電路106 (與燃料電池層102結合)配置成接收由燃料電池 層102產生的電流以及將這些電流分配至例如便攜式電子設備。在各種示例中，壓力通風系統(tǒng)進口 550流通地連接反應物壓力通風系 統(tǒng)506和燃料儲存器104或周圍空氣。當反應物經由壓力通風系統(tǒng)入口進 入時，反應物壓力對燃料壓力通風系統(tǒng)506增壓，因此將所述燃料電池層 102的一個或更多的彈性壁502推向燃料儲存器104或系統(tǒng)蓋124的一個 或兩個的支承部分。圖6為示出制造諸如圖5B所示的燃料電池系統(tǒng)的方法600的流程圖。 602處，形成配置成儲存燃料在其中的燃料儲存器。604處，形成系統(tǒng)蓋。 606處，系統(tǒng)蓋與燃料儲存器的一部分耦合使得在其中形成密封區(qū)。在一 個示例中，系統(tǒng)蓋通過焊接、錫焊、銅焊、巻邊、膠粘、熱粘、壓敏粘合 劑、或者一個或更多的機械結構(例如扣件或突起)與燃料儲存器耦合。 機械結構可以任選地;f^開。608處，包括陽極、陰極和置于兩者之間的電解質的至少一個燃料電 池放置在密封區(qū)中。在各種示例中，形成多重燃料電池以產生燃料電池層。 在一個示例中， 一個或更多的彈性燃料電池壁包括燃料電池陽極或燃料電 池陰極的一個或兩個。據此，在另一示例中，將所述至少一個燃料電池放 置進密封區(qū)包括設置所述一個或更多的彈性燃料電池壁以形成至少一個 反應物壓力通風系統(tǒng)。在各種示例中，形成燃料儲存器和系統(tǒng)蓋包括形成 用于所述一個或更多的彈性燃料電池壁的支承使得當反應物進入壓力通 風系統(tǒng)入口并對反應物壓力通風系統(tǒng)增壓時，燃料電池壁延伸和符合所述 一個或更多的支承的形狀。610處，電流收集電路與所述至少一個燃料電池成一個整體。在各種 示例中，電流收集電路配置成從所述至少一個燃料電池收集電流以及將該 電流分配至一個或更多的電子設備，諸如便攜式電子設備。這里提供對于它們的制造的燃料電池系統(tǒng)和方法。其中，本系統(tǒng)和方 法提供用于燃料電池系統(tǒng)，其提供充足的功率輸出和高能量密度，全部位 于相對小的空間中。燃料電池系統(tǒng)能夠作為獨立電源操作或結合至電子設 備中。進一步地，燃料電池系統(tǒng)并不需要依靠泵、閥或加熱器用于其操作、 節(jié)約寶貴的能量和電子設備體積。可以理解，上述說明是說明性的而非限制性的。例如，以上所描述的 實施例(和/或其方面)可以在相互結合中使用。對本領域技術人員而言， 依據審閱上述說明，許多其它的實施例將變得顯而易見。因此，本發(fā)明的 范圍將參見所附的權利要求連同這些權利要求所包括的等同物的全部范 圍一起來確定。在所附的權利要求中，術語"包括"和"其中"用作相應 術語"包括"和"其中"的簡單英語等同物。此外，在以下權利要求中， 術語"包括"和"其中，，是沒有限制的，也就是說，包括除了在權利要求 的此類術語之后所列的那些元件之外的元件的系統(tǒng)、設備、物品或過程仍 被認為在該權利要求范圍內。另夕卜，在以下權利要求中，術語"第一"、"第 二"或"第三，，等僅用作標記，并不意圖強加大量的要求在它們的物體上。提供公開的摘要以遵照1937年美國聯(lián)邦法典第1.72 (b)條，其要求 將允許讀者快速地確定技術公開的性質的摘要。帶著其將不用于解釋或限 制權利要求的范圍或意義的認識將其提交。另外，在前述詳細說明中，各 種特征可以聚合在一起以使公開簡化。公開的方法不不應理解為所要求保 護的實施方式要求比各權利要求中明白地列舉的特征多的特征。相反地，
如以下權利要求反映，發(fā)明主題可以處于少于單個公開的實施例的全部特 征中。因此，以下權利要求由此并入詳細說明，隨著每一權利要求作為獨 立的實施例依賴其自身。
權利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，其包括配置成在其中儲存燃料的燃料儲存器；與所述燃料儲存器的一個或更多的部分能夠附接在一起的系統(tǒng)蓋；通過所述燃料儲存器與所述系統(tǒng)蓋附接在一起而形成的封閉區(qū)；以及至少一個放置在所述封閉區(qū)中的燃料電池，每一燃料電池包括在結構上被設置成形成反應物壓力通風系統(tǒng)的一個或更多的彈性壁；其中所述一個或更多的彈性壁由所述燃料儲存器或所述系統(tǒng)蓋中的一個或兩個的一部分支承。
2. 如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括與所述至少一個燃 料電池接觸的電流收集電路，所述電流收集電路配置成接收和分配由所 述至少一個燃料電池產生的電流。
3. 如權利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電流收集電路與 所述至少一個燃料電池成一個整體。
4. 如權利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電流收集電路配 置成將燃料電池產生的電流分配至便攜式電子設備。
5. 如權利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述便攜式電子設備 包括便攜式電話、衛(wèi)星電話、膝上型電腦、電腦附件、顯示器、個人音 頻或視頻播放器、醫(yī)療設備、電視、發(fā)射器、接收器、照明設備、電子 玩具或電動工具。
6. 如權利要求1-5中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括流通地 連接所述反應物壓力通風系統(tǒng)與所述燃料儲存器的入口。
7. 如權利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述入口中放置壓 力調節(jié)器。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括鄰近所 述至少一個燃料電池放置的防護性多孔構件。
9. 如權利要求1-8中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中反應物壓 力將所述一個或更多彈性壁推向所述燃料儲存器或所述系統(tǒng)蓋中的一 個或兩個的所述支承部分。
10. 如權利要求1-9中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述系 統(tǒng)蓋和所述燃料儲存器的附接包括焊接、錫焊、銅焊、巻邊、使用粘合 劑或者機械結構。
11. 如權利要求1-10中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃 料儲存器包括添加燃料口。
12. —種制造燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括 形成配置成在其中存儲燃料的燃料儲存器； 形成具有一個或多個進氣口的系統(tǒng)蓋；將所述系統(tǒng)蓋與所述燃料儲存器的一個或更多的部分耦合在一起，包括形成封閉區(qū)；以及將至少一個燃料電池放置在所述封閉區(qū)中，包括設置一個或更多 的彈性燃料電池壁以形成至少一個反應物壓力通風系統(tǒng)；其中形成所述燃料儲存器和所述系統(tǒng)蓋包括形成用于所述一個或 更多的彈性燃料電池壁的支承。
13. 如權利要求12所述的方法，還包括使電流收集電路與所述至 少一個燃料電池接觸。
14. 如權利要求12或13所述的方法，還包括鄰近所述至少一個燃 料電池放置防護性多孔構件。
15. 如權利要求12-14中任一項所述的方法，其中將所述系統(tǒng)蓋 與所述燃料儲存器耦合在一起包括焊接、錫焊、銅焊、巻邊、膠粘、熱 粘合、壓敏粘合或者一個或更多的機械結構。
16. —種燃料電池系統(tǒng)，其包括至少一個包括陽極、陰極和置于兩者之間的電解質的燃料電池； 燃料或燃料儲存材料；燃料儲存器，其包括至少一個鄰近所述至少一個燃料電池的第一 部分設置的表面，所述燃料儲存器配置成儲存所述燃料或所述燃料儲存 材料；與所述至少一個燃料電池的第二部分接觸的電流收集電路，所述 電流收集電路配置成接收和分配所述燃料電池產生的功率；以及置于所述至少一個燃料儲存器表面和所述至少一個燃料電池的所 述第 一部分之間的燃料壓力通風系統(tǒng)。
17. 如權利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料壓力通風 系統(tǒng)中的壓力迫使所述至少一個燃料電池的所述第二部分抵靠所述電 流收集電路的一部分。
18. 如權利要求16或17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料壓力 通風系統(tǒng)至少部分地由密封構件包圍，所述密封構件在所述至少一個燃 料儲存器表面和所述至少一個燃料電池的所述第一部分之間提供密封。
19. 如權利要求16-18中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 至少一個燃料儲存器表面和所述至少一個燃料電池的所述第一部分通 過使用粘合劑而耦合。
20. 如權利要求16-19中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括鄰 近所述至少一個燃料電池放置的防護性多孔構件。
21. 如權利要求16-20中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括系 統(tǒng)蓋，所述系統(tǒng)蓋包括至少一個進氣口，所述系統(tǒng)蓋能夠附接至所述燃 料儲存器的一個或更多部分。
22. 如權利要求21所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)蓋與所述 燃料儲存器之間的連接包括焊接、錫焊、銅焊、巻邊、粘合或者一個或 更多的機械結構。
23. 如權利要求21所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)蓋容納防 護性多孔構件、所述電流收集電路、所述至少一個燃料電池、所述燃料 壓力通風系統(tǒng)或所述燃料儲存器的一部分中的一個或更多。
24. 如權利要求21所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)蓋包括鋼、 鋁或硬質塑料。
25. 如權利要求16-24中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 電流收集電路配置成將所述至少一個燃料電池所產生的功率分配至便 攜式電子設備。
26. 如權利要求25所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電流收集電路 包括與所述便攜式電子設備能夠附接在一起的連接構件。
27. 如權利要求16-26中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括電 子調節(jié)電路；以及其中所述電流收集電路配置成將所述至少一個燃料電池所產生的 功率分配至所述電子調節(jié)電路。
28. 如權利要求27所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電子調節(jié)電路 放置在所述燃料儲存器的空隙中。
29. 如權利要求16-28中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括輔 助能量電池；以及其中所述輔助能量電池至少部分地放置在所述燃料儲存器的空隙中。
30. 如權利要求16-29中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料包括氫。
31. 如權利要求16-30中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料儲存材料包括氫儲存材料。
32.如權利要求31所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述氬儲存材料通 過物理吸著儲存氫。
33. 如權利要求31所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述氫儲存材料通 過化學吸著儲存氫。
34. 如權利要求16-33中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料儲存材料包括金屬氫化物。
35. 如權利要求16-34中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料儲存器包括與至少第二多孔元件互連在一起的第一多孔元件，所述 互連的多孔元件設置成大體上填充指定空間。
36. 如權利要求35所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述指定空間設置 在便攜式電話、個人數字助理、膝上型電腦、數碼相機、游戲設備、便 攜式電視或者閃光燈的一部分中。
37. 如權利要求16-36中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料儲存器包括結構填充物以及順從地耦合至所述結構填充物的外部 外殼。
38. 如權利要求16-37中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料儲存器包括壓力調節(jié)器或添加燃料口中的一個或兩個。
39. 如權利要求16-38中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 燃料儲存器和所述至少一個燃料電池包括大約25立方厘米或更少的組 合體積。
40. 如權利要求16-39中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述 至少一個燃料電池配置成產生大約1瓦特或更多的平均電功率以及大約 3瓦特或更多的峰值功率。
41. 如權利要求16-40中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中系統(tǒng) 能量密度包括大約500瓦特-小時/升。
42. —種提供便攜式電源的燃料電池系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 燃料電池組件，其包括至少一個燃料電池，所述燃料電池包括第一表面上的陽極、第二表面上的陰極以及置于兩者之間的電解質； 靠近所述燃料電池第二表面放置的防護性多孔構件； 配置成接收和分配由所述至少一個燃料電池產生的功率的電流收集電路；氫儲存器，其包括鄰近所述燃料電池第一表面放置的表面，所述 氫儲存器配置成儲存氫燃料；置于所述氫儲存器和所述燃料電池第一表面之間的燃料壓力通風 系統(tǒng)；以及包括至少一個進氣口的系統(tǒng)蓋，設置所述系統(tǒng)蓋的尺寸和形狀設 置成容納所述防護性多孔構件、所述電流收集電路、所述至少一個燃料 電池、所述燃料壓力通風系統(tǒng)或者所述氫儲存器的一部分中的一個或更多；其中所述壓力通風系統(tǒng)中的燃料壓力以及蓋產生的壓力促動所述 至少一個燃料電池和所述電流收集電路之間的接觸。
43. 如權利要求42所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述電流收集電路 將所述至少一個燃料電池所產生的功率分配至便攜式電子設備。
44. 一種制造便攜式燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括 形成燃料電池；將燃料儲存器與所述燃料電池的第一部分耦合在一起，包括在兩 者之間形成燃料壓力通風系統(tǒng)；鄰近所述燃料電池的第二部分放置電流收集電路；將具有至少一個進氣口的系統(tǒng)蓋放置在所述電流收集電路、所述 燃料電池或者所述燃料儲存器的一部分的一個或更多之上，包括靠近所 述燃料電池的所述第二部分定位所述至少一個進氣口；以及將所述系統(tǒng)蓋與所述燃料儲存器耦合在一起。
45. 如權利要求44所述的方法，其中將所述燃料儲存器與所述燃 料電池的第 一部分耦合在一起包括使用粘合劑。
46. 如權利要求44或45所述的方法，其中將所述系統(tǒng)蓋與所述燃 料儲存器耦合在一起包括焊接、錫焊、銅焊、巻邊、膠粘、熱粘合、壓 敏粘合或者一個或更多的機械結構。
47. 如權利要求44-46中任一項所述的方法，還包括在所述燃料 儲存器和所述燃料電池的所述第一部分之間設置密封構件。
48. 如權利要求44- 47中任一項所述的方法，還包括將防護性多 孔構件放置在所述至少一個進氣口和所述燃料電池的所述第二部分之 間。
49. 如權利要求44-48中任一項所述的方法，還包括將所述電流 收集電路與便攜式電子設備電耦合在一起。
50. 如權利要求44- 49中任一項所述的方法，還包括將所述電流 收集電路與電子調節(jié)電路電耦合在一起。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，其中包括一個或更多燃料電池、燃料儲存器、電流收集電路、壓力通風系統(tǒng)或者系統(tǒng)蓋。所述燃料儲存器配置成儲存燃料，并且可以包括添加燃料口和用于控制輸出燃料壓力的調節(jié)器。所述燃料儲存器的表面可以鄰近第一燃料電池部分設置。所述電流收集電路配置成接收和分配燃料電池功率以及可以鄰近第二燃料電池部分設置。當所述燃料儲存器和所述第一燃料電池部分耦合時，或通過一個或更多的彈性燃料電池壁，可以形成所述壓力通風系統(tǒng)。所述系統(tǒng)蓋允許空氣進入所述系統(tǒng)，并且當與所述壓力通風系統(tǒng)中的燃料壓力結合時，可以促動所述燃料電池與所述電流收集電路之間的接觸。
文檔編號H01M2/02GK101395735SQ200780007550
公開日2009年3月25日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權日2006年1月9日
發(fā)明者G·F·麥克萊恩, J·施魯特恩, J·齊莫爾曼, M·彼得森, P·索貝杰庫 申請人:昂斯特羅姆動力公司