专利名称：高功率密度、超轻型的功率发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态电力发生器。更具体地，本发明涉及多层、高功 率密度的发生器。
背景技术：
一种已知的燃料电池结合了和位于其各侧的电极相结合的质子
交换膜，以及各种气体扩散层和关联的疏水涂层和亲水涂层。2005年 10月25日提交的名称为"Proton Exchange Membrane Fuel Cell"的美 国专利申请No.11/257,738中公开了这种功率发生器的一种形式，该 申请转让给本发明的受让人。另一种形式的结合了多层燃料电池的功 率发生器生成电力以及作为副产品的水。该水可回收并用于通过与固 体氢生成燃料的反应而生成额外的氢。2005年11月9日提交的名称 为 "Water Reclamation in a Micropower Generator" 的美国专利申i青 No.l 1/270,848中公开了这样的功率发生器和燃料电池。该申请转让给 本发明的受让人。
虽然已知的固态功率发生器是有用的且适于其预期的目的，但与 能源密度对照，持续地有对于比迄今为止可获得功率密度更高的功率 密度的发生器的突出的未满足需求。持续地有对于适用于微米级应用 或纳米级应用的高功率密度固体发生器的需求。首选地，这种功率发
生器将是重量轻的、相对便宜的、无阀的且将对高功率、轻重量应用 呈现出足够的功率。
附图简述
图1是根据本发明的功率发生器的等距型视图;
图2是沿图1的平面2-2取得的截面图3是根据本发明的结合了燃料电池阵列的功率发生器的视以及
图4是图3的发生器沿平面4-4取得的视图。 详细4笛述
尽管本发明的实施例可以采取许多不同的形式，但在附图中显示 了其具体实施例，且将在此对其进详细描述，要理解本公开被认为是
本发明的原理的范例以及实施本发明的最佳模式，而不意图将本发明 限制于所示的具体实施例。
根据本发明的功率发生器呈现更高的功率密度而既不需要搭载 水源，也不需要用来对氢发生化学反应进行调节的阀。在本发明的一 方面，矩形形状的发生器几乎可以完全由在电池组之间有一薄层燃料 的燃料电池形成。由于大的燃料电池面积，可以期望这样的功率发生 器具有非常高的功率密度(超过10瓦特/升)。
上述功率发生器可用多个柔性层来实现且可扁平地使用，例如作 为超轻型飞行器的翅膀，或者巻成圓柱形构造。在本发明的又一方面， 因为燃料的高比能，以及在适当地构造时能够产生可以用于为超轻型 飞行器供给功率的功率级别，所以可以期望这种发生器的重量固有地 轻。
在本发明的又一方面中，三层功率发生器结合了相对薄的柔性 片，燃料层诸如锂铝氢化物或者其它在暴露于水汽时可以生成氧气的 化学氢化物。在公开的实施例中，燃料层夹在两个燃料电池组之间。 如本领域的技术人员将理解的，每个电池组包括至少 一 个质子交换 膜、气体扩散层、电极以及关联的疏水涂层和亲水涂层。这种复合的 功率发生器是柔性的且可以成形为平面的、大体上圓柱形的或如特定 的应用所要求的其它形状。
在本发明的又一方面中，多层功率发生器回收由关联的燃料电池
中的电化学反应所生成的水，并使用这些水来生成氢从而消除对搭载 水源的任何需要。另外，该反应自我调节从而不需要调节阀。
成于燃料层的每一侧的多个燃料电池的各项可以串联地互连以提高 输出电压。多个组可以以圆柱形或者平面的形式并联互连，以获得#是 高的输出功率。
在本发明的又一方面中，电池组紧密排列，生成高功率密度所需 要的氧气流可以通过迫使环境空气穿过电池组来获得。在飞行器中， 这可以例如通过使由转子或机翼产生的空气流穿过电池组来实现。在 其它应用中，可以使用风扇或泵达到同样的效果。
图1示出了根据本发明的高功率密度、超轻型的功率发生器10。
发生器10结合了燃料层12，例如，诸如锂铝氬化物或其它暴露于水
汽时生成氢的化学氢化物。可延长的并具有一般地如图1所示的矩形
形状的燃料层12具有与其关联的、各位于其一侧的燃料电池组14和 16。将理解的是，发生器16的所有层12、 14和16都是柔性的，且 都可无限制地形成为平面的、大体上平面的、弯曲的诸如圓柱形的构 造。
技术人员还将理解的是，发生器10的层12-16，尽管在图1中一 般地以矩形形式示出，但其不限于任何特定的形状。发生器10可以 采取多种均无限制且不脱离本发明的精神和范围的物理构造。
图2是沿着图1的平面2-2取得的截面图。图2图示了发生器10 的多个层之间的关系。
如本领域的技术人员将理解的，各燃料电池组14, 16结合了多 层平面的燃料电池，该燃料电池具有阳极、阴极、质子交换膜和其它 多个层，它们在实施这种燃料电池组中是有用的和合乎需要的。诸如 发生器10的燃料发生器的优点之一是燃料电池组14, 16可以形成为 具有大的面积的事实的结果。对于由可用的燃料的量决定的有限的时 间量，这可以生成很高的功率密度。
图3和4 一起图示了根据本发明的发生器30的一个具体形式。 发生器30结合了形成于燃料层36 —侧的燃料电池32a的串联连接阵 列和形成于燃料层36另 一侧的第二个多个燃料电池32b。多个32a和 多个32b的各项可以串联互连，以在连接40a,40b之间生成比用单燃 料电池可轻易达到的输出电压更高的输出电压。
将理解的是，阵列30的燃料电池由绝缘插入层34a, 34b， 34c 和34d而彼此隔开。还将理解的是，阵列30中存在的燃料电池的数 量不是本发明的限制。
从以上所述，将注意到可在不脱离本发明的精神和范围的情况下 实现许多变化和修改。将要理解的是，本发明不意图或不应推断出与 此处所示出的特定的装置相关的限制。当然，本发明意图通过所附的 权利要求a^所有落入该权利要求范围内的所有这类修改。
权利要求
1.一种功率发生器，包括至少一个多层结构，其具有柔性燃料层，所述层具有隔开的第一侧和第二侧，以及远小于其长度或宽度中的一个的厚度；和第一柔性燃料电池层和第二柔性燃料电池层，其位于所述燃料层的相应侧，各所述燃料电池层均具有远小于其电极长度或电极宽度中的一个的厚度参数，所述结构构造成产生电能并呈现超过10瓦/升的功率密度。
2. 根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述结构是延长 的并且能够巻成大体上圓柱形的形状。
3. 根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述发生器包括 多个大体上相同的多层结构，所述结构是串联连接或并联连接中的一 种。
4. 根据权利要求3所述的发生器，其特征在于，所述串联连接的 多层结构具有超过10瓦/升的功率密度，并且所述并联连接的多层结 构具有超过10瓦/升的功率密度。
5. 根据权利要求4所述的发生器，其特征在于，所述发生器构造 为大体上是圓柱形，并且第一电极和第二电极可以联接到外部负载。
6. 根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述燃料电池层 中的至少 一些层各包括由固态柔性电解质隔开的阳极和阴极。
7. 根据权利要求6所述的发生器，其特征在于，所述燃料电池层 的选定项彼此电气绝缘并且以串联或并耳关中的一种形式互连。
8. 根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述结构构造为 平面或圆柱形中的一种。
9. 根据权利要求8所述的发生器，其特征在于，所述燃料电池层 的选定项彼此电气绝缘并且以串联或并联的一种形式互连。
10. 根据权利要求9所述的发生器，其特征在于，回收其中生成 的水以生成额外的氢。
11. 一种功率发生器，包括至少 一个多层燃料电池，所述燃料电池结合了至少由固体电解质 隔开的阳极和阴极；和燃料层，其定位成邻近所述多层燃料电池，并且所述组合的多层 燃料电池和燃料层构造成产生电能并呈现超过10瓦/升的功率密度。
12. 根据权利要求11所述的发生器，其特征在于，所述发生器包 括至少第二多层燃料电池，所述第二多层燃料电池位于所述至少一个 燃料电池的一侧，邻近所述至少一个燃料电池，并且所述燃料层具有 对两个燃料电池公共的表面；或者，所述第二多层燃料电池从所述至 少一个燃料电池移位，并且两者之间有所述燃^j^层。
13. 根据权利要求12所述的发生器，其特征在于，所述燃料电池成用于随后的反应的氩。
14. 根据权利要求13所述的发生器，其特征在于，所述氢生成反 应是自调节的，并且所述燃料电池和燃料层在没有调节阀的情况下产 生电能。
15. 根据权利要求14所述的发生器，其特征在于，所述組合燃料 电池和燃料层是柔性的。
16. 据权利要求14所述的发生器，其特征在于，所述电池和燃料 层各具有各自的长度参数、宽度参数和厚度参数，其中，所述燃料电池的厚度和所述燃料层的厚度的复合厚度参数远小于各自的长度参 数和宽度参数，从而增强所述功率密度。
17. 根据权利要求14所述的发生器，其特征在于，所述燃并+电池 和燃料层是柔性的，并且可以变形成选定的形状。
18. 根据权利要求17所述的发生器，其特征在于，所述燃并+电池 构造成以便暴露于环境空气及其中的氧气，从而增强所述功率密度。
19. 根据权利要求17所述的发生器，其特征在于，所述发生器包 括第 一和第二由所述燃料层隔开的多个燃料电池。
20. 根据权利要求19所述的发生器，其特征在于，所述燃料电池以并联阵列或串联阵列中的至少 一种阵列互连。
21. —种方法，包括 提供柔性燃料层；提供燃料电池的柔性第 一层和第二层； 根据预定的构造互连相应的电池；定位其中带有所述燃料层的电池层，从而形成多层电力发生器。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括使 所述电力发生器形成为预定的形状。
23. 根据权利要求.22所述的方法，其特征在于，所述方法包括将 所述燃料电池的相应的电池暴露于氧气。.
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法包括启 动所述多层发生器中的电化学反应，从而生成具有大于10瓦/升的功 率密度的电流。
全文摘要
用柔性的多层结构形成的一种高功率密度发生器。该结构包括燃料层，其具有邻近该燃料层各侧的分开的燃料电池组。该结构可以是柔性的并且可以形成为多种形状。
文档编号H01M8/10GK101371386SQ200780002973
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年1月27日
发明者S·J·埃科夫 申请人:霍尼韦尔国际公司