[發明專利]用于產生機械能的方法及其系統

無效

• 申請號: 200680019021.1
• 申請日: 2006-08-08
• 公開（公告）號: CN101203979A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 威廉·S·葉拉茲尼斯;劉景堂;羅德里克·L·謝潑德
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社;都柏林城市大學
• 主分類號: H01M8/06
• 分類號: H01M8/06;H01M8/18;C25B1/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫海龍

技術領域

本發明一般涉及燃料電池，更具體而言，涉及可逆燃料電池。

背景技術

燃料電池反應可以表示為：

2H₂O+電能2H₂+O₂+勢電能(potential?electric?energy)。

電解的正向反應消耗水并釋放氫氣(H₂)和氧氣(O₂)。氫氣和氧氣的反向反應產生水和勢電能，即，所謂的“燃料電池”反應。

圖1示出了典型的現有技術的可逆燃料電池100。直流電源110通過引線120向電解電池140內部的電極130供給電流。該電流電解位于電解電池140中的水150以產生氣體氫氣和氧氣的混合物160，該混合物通過互聯管道170流到試劑容器180。這對液體試劑190產生了壓力，迫使該試劑通過管道195流出容器。

在該現有技術中，氫氣和氧氣160的催化復合被考慮并被允許。然而，這種復合是緩慢和不受控制的。此外，氫氣和氧氣以這種方式的不受控的復合產生熱量，而所述熱量并不能被有用地回收。

圖2示出了現有技術的可逆燃料電池系統200的結構。燃料電池203包括正電極205、正多孔導體206、滲透質子的交換膜207、負多孔導體208以及負電極209。為清楚起見，這些部分都被分解示出。然而為獲得好的電導性，結構205、206、207、208和209是直接相鄰的。

所述膜可以通過諸如美國3,041,317、3,282,875和3,624,053號專利中描述的方法制備。一種膜是E.I.DuPont?de?Nemours?and?Company生產的磺化四氟乙烯聚合物膜，其所售商標為“Nafion”。

聚合物膜207具有H⁺離子可以穿過該膜擴散的屬性。用在燃料電池中，膜的兩邊都覆蓋有碳粉。碳粉中的顆粒覆蓋有鉑膜。鉑催化2H₂O2H₂+O₂的可逆反應。碳/鉑直接接觸經石墨浸漬的紙張以提供低電阻的電學路徑，且紙張是高度多孔的以允許氣體流過。多孔導電層進而與穿孔的不銹鋼壓力板接觸，所述板是實際的機械電極結構。

對于電解，由于氧化碳粉的活性氧，碳粉上的鉑催化劑被分解。由于這個原因，執行電解(即2H₂O+電能→2H₂+O₂)和燃料電池反應(即2H₂+O₂→2H₂O+勢電能)的電池使用氧氣一邊的專用催化劑。通常，所述催化劑是鉑或錸、或氧化錸上的鉑。這些催化劑還在直接轉換甲醇燃料電池中使用。

此外，燃料電池203包括兩個分離的氣密的隔間，氫氣隔間210和氧氣隔間211。這兩個隔間被膜207’隔開，所述膜也從一邊示出。膜207防止氫氣與氧氣混合。

直流電源201產生直流電流。該電流通過開關202切換，以選擇性地向燃料電池203供給電流。典型地，電池最初填充以水。當開關202導通時，所述電流電解水且產生氫氣和氧氣。

在通過電解產生某些數量的氫氣和氧氣之后，開關202截止，且負載開關204導通以向能量回收負載212供給燃料電池203產生的電流。負載的存在導致氫氣和氧氣復合。只要電池中存在氫氣和氧氣，該電流繼續被供給到負載212。

當可以實現氫氣和氧氣的外部供給時，當負載開關204導通時，這些氣體被直接供給到電池以產生用于負載212的電能。負載212可以是能量回收負載。即，向系統電源201返回勢電能的設備。對于電池供電的設備，這可以通過使用切換電源以對電源201進行充電而完成。對于AC線供電的設備，行同步DC-AC轉換器可用于返回勢電能。

微泵

已知各種類型的微泵。微泵可以分成機械型和非機械型的。機械微泵包括電機驅動的質子泵和熱空氣驅動的蠕動泵。非機械微泵包括電-水壓微泵和磁-水壓微泵。

S.M.Mitrovski?and?R.G.Nuzzo，“An?electrochemically?drivenpoly(dimethylsiloxane)microfluidic?actuator：oxygen?sensing?andprogrammable?flows?and?pH?gradients，”Lab?on?Chip，Vol.5，pp.634-645，2005中描述了一種電機微泵。在該微泵中，氧氣和氧離子用于“拖動”流體。