燃料電池再充電器的制造方法
【專利說明】燃料電池再充電器
[0001 ] 本申請是原案申請日為2006年7月12日、申請?zhí)枮?00680033268.9 (PCT/US2006/026878)、發(fā)明名稱為《燃料電池再充電器》的發(fā)明專利申請的分案申請。
【背景技術】
[0002]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，膜通過組合氫和氧以形成水而操作產生電?？梢允褂弥T如金屬氫化物或其他存儲氫且在選定的壓力下釋放它的物質的燃料。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)境中產生且存儲在加壓容器中。由于導致消費者當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。進一步，希望快速地再充電燃料電池。

【發(fā)明內容】

[0003]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。電解槽將水轉化成氧和氫。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。
[0004]具體來說，本發(fā)明提出了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；燃料電池容器聯(lián)接器，其聯(lián)接到電解槽且適于聯(lián)接到燃料電池容器，以提供加壓的氫給燃料電池容器；以及聯(lián)接到傳感器和控制器的控制電子器件，用以控制供應到所聯(lián)接的用于燃料電池的燃料容器的氫的量；和熱交換器，當所述燃料容器聯(lián)接到所述燃料電池容器聯(lián)接器時，所述熱交換器定位在所述燃料容器附近，其中所述熱交換器從接收加壓的氫的燃料容器中去除熱；其中電解槽包括質子交換膜。
[0005]本發(fā)明還提出了一種燃料電池燃料容器充電器，包括:熱電冷卻器或冷凝器；聯(lián)接到熱電冷卻器或冷凝器的蓄水池；從水獲取氫的裝置，該裝置包括具有電極的質子交換膜，在該電極能施加電壓，以將水分離成氫和氧；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氫給燃料容器；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。
[0006]本發(fā)明還提出了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，該方法包括:從周圍環(huán)境冷凝水以提供水源；從水源電解水以產生加壓氫；以及提供加壓氫給燃料電池燃料容器而充電燃料容器，其中所述電解水包括在跨過質子交換膜的電極對施加電壓，以產生加壓氫。
【附圖說明】
[0007]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一步細節(jié)的方塊圖；
圖3是圖示根據(jù)示范實施例的進一步可替換的便攜式氫燃料容器充電器的細節(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】
[0008]在以下說明書中，參考形成說明書一部分的附圖，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以使本領域中普通技術人員能夠實施本發(fā)明，且應當理解的是，可以采用其他實施例且可以進行結構、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利要求書限定。
[0009]圖1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。
[0010]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。當聯(lián)接到適當?shù)碾娫磿r，電解槽115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 (質子交換膜)用作電解槽115。當用電極跨過PEM施加電壓且催化劑應用于它的表面時，水被分離成氫和氧，其分別在陰極和陽極產生。氣體在膜的不同側上產生。氫通過通道120提供給過濾器125。過濾器125從氫氣流中去除雜質，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。
[0011]通道130提供氫給保持器140，用于燃料電池的燃料容器可以插入到保持器140內以接收加壓的氫。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構，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?shù)穆?lián)接機構以密封地聯(lián)接到燃料容器，以避免在填充過程中氫的泄漏。
[0012]可以用氫逆反應或再充電的示范金屬氫化物包括LaNi5H5、FeTiH2, Mg2NiH4、和TiV2H4O示范的可逆的化學氫化物包括但不限于NaAlH4、LiAlH4、Mg(AlH4)2、Ti(AlH4)4,Fe (BH4) 4、NaBH4、和 Ca (BH4) 2。
[0013]在進一步的實施例中，電解槽可以使用，其提供氫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。
[0014]在一個實施例中，當聯(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。在壓力下提供氫給燃料容器145導致放熱反應，且為了增加容器被充電的速度，熱應當被吸取。在一個實施例中，熱交換器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。
[0015]圖2是圖示便攜式氫燃料容器充電器200的進一步細節(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)接到電源電網的標準墻上插座。在進一步的實施例中，207可以聯(lián)接到電池，例如12伏汽車電池。
[0016]控制電子器件210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構。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。
[0017]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。當聯(lián)接到適當?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 (質子交換膜)用作電解槽225。當用電極跨過PEM施加電壓且催化劑應用于它的表面時，水被分離成氫和氧，其分別在陰極和陽極產生。氣體在膜的不同側上產生。氫通過通道230提供給過濾器235。過濾器235從氫氣流中去除雜質，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。
[0018]通道240提供氫給保持器245，用于燃料電池的燃料容器250可以插入到保持器245內以接收加壓的氫。在多種實施例中，燃料容器250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構，如果希望甚至可以是加壓的氫氣罐。保持器250可以具有適當?shù)穆?lián)接機構以密封地聯(lián)接到燃料容器，以避免在填充過程中氫的泄漏。
[0019]在一個實施例中，當聯(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導致放熱反應，且為了增加容器被充電的速度，熱應當被吸取。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?？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。
[0020]控制電子器件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。當水位達到預定點，不需要進一步的水，且風扇和熱電冷卻器/冷凝器可以通過控制電子器件210關閉。
[0021]控制電子器件210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，且調控燃料容器的冷卻和/或供應的氫的壓力。也可以感測燃料容器被完全充電且停止進一步的氫的供應。控制電子器件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。在進一步的實施例中可以提供可聽見的報警。
[0022]圖3是圖示大體上以300指示的進一步可替代的便攜式氫燃料容器充電器的細節(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?？刂破?10通過提供驅動器和開關控制充電器300的操作，以及如關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。
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