燃料电池再充电器的制造方法
【专利说明】燃料电池再充电器
[0001 ] 本申请是原案申请日为2006年7月12日、申请号为200680033268.9 (PCT/US2006/026878)、发明名称为《燃料电池再充电器》的发明专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0002]燃料电池迅速变成高能量密度便携式燃料源，其可以替换当今使用的许多电池。燃料电池的一种形式包含提供氢给膜的燃料，膜通过组合氢和氧以形成水而操作产生电。可以使用诸如金属氢化物或其他存储氢且在选定的压力下释放它的物质的燃料。它们可以通过将它们暴露到加压的氢下而再充电。加压的氢典型地在商业环境中产生且存储在加压容器中。由于导致消费者当前能够再充电通用的可再充电的电池的类似理由，需要消费者能够在他们的家中再充电燃料电池。进一步，希望快速地再充电燃料电池。
【发明内容】
[0003]一种便携式燃料电池充电器具有水源和联接到水源且适于联接到电源的电解槽。电解槽将水转化成氧和氢。燃料电池筒联接器联接以接收氢，且适于联接到燃料电池筒以将加压的氢提供给燃料电池筒。
[0004]具体来说，本发明提出了一种便携式燃料电池充电器，包括:水源；联接到水源的电解槽，其从水获取氢且适于联接到电源；燃料电池容器联接器，其联接到电解槽且适于联接到燃料电池容器，以提供加压的氢给燃料电池容器；以及联接到传感器和控制器的控制电子器件，用以控制供应到所联接的用于燃料电池的燃料容器的氢的量；和热交换器，当所述燃料容器联接到所述燃料电池容器联接器时，所述热交换器定位在所述燃料容器附近，其中所述热交换器从接收加压的氢的燃料容器中去除热；其中电解槽包括质子交换膜。
[0005]本发明还提出了一种燃料电池燃料容器充电器，包括:热电冷却器或冷凝器；联接到热电冷却器或冷凝器的蓄水池；从水获取氢的装置，该装置包括具有电极的质子交换膜，在该电极能施加电压，以将水分离成氢和氧；燃料电池容器联接器，其适于联接到燃料容器以从获取氢的装置提供加压的氢给燃料容器；以及电子器件，其适于接收电力且接收传感器输入并提供控制信号以控制用氢的燃料容器的充电。
[0006]本发明还提出了一种使用自备消费者充电器充电用于燃料电池的氢燃料容器的方法，该方法包括:从周围环境冷凝水以提供水源；从水源电解水以产生加压氢；以及提供加压氢给燃料电池燃料容器而充电燃料容器，其中所述电解水包括在跨过质子交换膜的电极对施加电压，以产生加压氢。
【附图说明】
[0007]图1是根据示范实施例的便携式氢燃料容器充电器的方块图；
图2是图示根据示范实施例的便携式氢燃料容器充电器的进一步细节的方块图；
图3是图示根据示范实施例的进一步可替换的便携式氢燃料容器充电器的细节的方块图； 图4是图示具有根据示范实施例的可再充电的燃料筒的燃料电池的方块图。
【具体实施方式】
[0008]在以下说明书中，参考形成说明书一部分的附图，且其中以图示的方式显示可以实施的具体实施例。这些实施例描述得足够详细以使本领域中普通技术人员能够实施本发明，且应当理解的是，可以采用其他实施例且可以进行结构、逻辑和电气改变而不偏离本发明的范围。因此，以下说明书并不理解为限制的意思，且本发明的范围由所附的权利要求书限定。
[0009]图1是大体上以100图示的便携式氢燃料容器充电器的方块图。在一个实施例中，充电器100包含在容器105中，其可以具有方便的和便携的尺寸，且也提供到希望的电源的连接件。蓄水池110为氢的产生提供水源。在一个实施例中，水可以为自来水、过滤水、蒸馏水或去离子水。可以使用去离子水或蒸馏水以最小化充电器100的其他元件的污染。
[0010]在一个实施例中，水纯化器112可以联接到蓄水池110。水纯化器可以为基于离子交换树脂的水纯化器或其他类型的水纯化器。在进一步的实施例中，不需要使用水纯化器。电解槽115被联接以接收水，例如来自蓄水池110或水纯化器112的水。当联接到适当的电源时，电解槽115将水分离成氢和氧。在一个实施例中，诸如用于燃料电池的PEM (质子交换膜)用作电解槽115。当用电极跨过PEM施加电压且催化剂应用于它的表面时，水被分离成氢和氧，其分别在阴极和阳极产生。气体在膜的不同侧上产生。氢通过通道120提供给过滤器125。过滤器125从氢气流中去除杂质，且提供给通道130。氧可以排出到周围环境，例如通过通道135。
[0011]通道130提供氢给保持器140，用于燃料电池的燃料容器可以插入到保持器140内以接收加压的氢。在多种实施例中，燃料容器145可以包括能够保持氢的媒介，例如多种金属氢化物或碳纳米管或其他碳纳米结构，如果希望甚至可以是加压的氢气罐。保持器140可以具有适当的联接机构以密封地联接到燃料容器，以避免在填充过程中氢的泄漏。
[0012]可以用氢逆反应或再充电的示范金属氢化物包括LaNi5H5、FeTiH2, Mg2NiH4、和TiV2H4O示范的可逆的化学氢化物包括但不限于NaAlH4、LiAlH4、Mg(AlH4)2、Ti(AlH4)4,Fe (BH4) 4、NaBH4、和 Ca (BH4) 2。
[0013]在进一步的实施例中，电解槽可以使用，其提供氢和氧给选择性地可渗透的膜。这种电解槽可以典型地包括放在水中的离散电极，当施加电流时，氧和氢从电极冒泡。根据希望，选择性地可渗透的膜允许氢通过，而排出氧到周围环境或其他目的地。
[0014]在一个实施例中，当联接到保持器140时，热交换器150定位在该燃料容器附近以吸取热。在压力下提供氢给燃料容器145导致放热反应，且为了增加容器被充电的速度，热应当被吸取。在一个实施例中，热交换器150包括用于空气冷却的散热片，或者可以为液体冷却，例如通过使用来自蓄水池110的水。充电能够非常快速地发生，例如对于一些尺寸的燃料电池低于一分钟，例如能够替换“AA”电池或类似尺寸的电池。
[0015]图2是图示便携式氢燃料容器充电器200的进一步细节的方块图。在一个实施例中，充电器200包含在容器205中，其可以具有方便的和便携的尺寸，且也提供到希望的电源的连接件。容器可以具有连接器207以连接到电源，例如联接到电源电网的标准墙上插座。在进一步的实施例中，207可以联接到电池，例如12伏汽车电池。
[0016]控制电子器件210联接到不同的传感器和控制器以控制燃料容器的充电。在一个实施例中，风扇215联接到热电冷却器/冷凝器220以提供给它环境空气。冷却器/冷凝器220可以包括芯吸材料或水可以在其上冷凝和传送的其他结构。环境空气具有足够的湿度以允许冷却器/冷凝器冷凝足够的水，以将蓄水池223填充至希望的水位。在一个实施例中，水可以为自来水、过滤水、或去离子水。去离子水从冷却器/冷凝器220获得且可以用于最小化充电器200的其他元件的污染。
[0017]在一个实施例中，水纯化器224可以联接到蓄水池223。水纯化器可以为基于离子交换树脂的水纯化器或其他类型的水纯化器。在进一步的实施例中，不需要使用水纯化器。电解槽225被联接以接收水，例如来自蓄水池223或水纯化器224的水。当联接到适当的电源时，电解槽225将水分离成氢和氧。在一个实施例中，诸如用于燃料电池的PEM (质子交换膜)用作电解槽225。当用电极跨过PEM施加电压且催化剂应用于它的表面时，水被分离成氢和氧，其分别在阴极和阳极产生。气体在膜的不同侧上产生。氢通过通道230提供给过滤器235。过滤器235从氢气流中去除杂质，且提供给通道240。氧可以排出到周围环境，例如通过通道135。如上，可以使用具有或不具有分离膜的其他电解槽。
[0018]通道240提供氢给保持器245，用于燃料电池的燃料容器250可以插入到保持器245内以接收加压的氢。在多种实施例中，燃料容器250可以包括能够保持氢的媒介，例如多种金属氢化物或碳纳米管或其他碳纳米结构，如果希望甚至可以是加压的氢气罐。保持器250可以具有适当的联接机构以密封地联接到燃料容器，以避免在填充过程中氢的泄漏。
[0019]在一个实施例中，当联接到保持器250时，热交换器255定位在该燃料容器245附近以吸取热。在压力下提供氢给燃料容器245导致放热反应，且为了增加容器被充电的速度，热应当被吸取。在一个实施例中，热交换器255包括用于空气冷却的散热片260，或者可以为液体冷却，例如通过使用来自蓄水池223的水。充电能够非常快速地发生，例如对于一些尺寸的燃料电池低于一分钟，例如能够替换“AA”电池或类似尺寸的电池。
[0020]控制电子器件210显示为联接到充电器200的多个元件。连接件表示到传感器和到控制器的连接。例如，控制器联接到蓄水池223中的水位传感器以感测水的水位。当水位达到预定点，不需要进一步的水，且风扇和热电冷却器/冷凝器可以通过控制电子器件210关闭。
[0021]控制电子器件210也可以联接到相对湿度传感器以优化用于冷凝水的空气流。温度传感器可以联接到保持器250和燃料容器245附近，以感测热和压力，且调控燃料容器的冷却和/或供应的氢的压力。也可以感测燃料容器被完全充电且停止进一步的氢的供应。控制电子器件210可以联接到状态灯，例如红灯用于指示充电正在过程中且绿灯用于指示充电完成。在进一步的实施例中可以提供可听见的报警。
[0022]图3是图示大体上以300指示的进一步可替代的便携式氢燃料容器充电器的细节的方块图。在一个实施例中，充电器300包含在容器305中，其可以具有方便的和便携的尺寸，且也提供到希望的电源的连接件。控制器310通过提供驱动器和开关控制充电器300的操作，以及如关于前面实施例所述的传感器以获取过程信息。蓄水池315提供用于产生氢的水源。在一个实施例中，水可以为自来水、瓶装水、过滤水、或去离子水等等水源。去离子水可以使用以最小化充电器300的其他元件的污染。
[0023]在一