专利名称：湿度调节燃料电池的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及燃料电池，尤其涉及氢氧燃料电池，更具体地，涉及控制这些电池的湿度。
背景技术：
如图1所示，氢氧燃料电池包括夹在两个催化剂层或片3和4之间的一层或一片 电解质1，催化剂层或片3和4镀有用于产生接触的导电层6和7。电池的上表面与氧(例 如周围空气)接触，而电池的下表面与氢接触。在这些情况下，当电池与负载8连接时，在上表面侧或阴极出现正电压，而在下表 面侧或阳极出现负电压，电流流过负载。在阳极侧，催化剂将气态氢分子分解为两个质子和 两个电子，质子从阳极催化剂层穿过电解质层进入到阴极催化剂层，并在此处发生下述反 应2H+l/202+2e- — H20，其中两个电子都流经负载。目前，电解质1是全氟代磺酸酯(Nafion)，并且催化剂3、7是碳钼混合物，例 如包括数个百分点的钼。催化剂也可以优选地包含既定量的全氟代磺酸酯，例如包含 20% -40%的全氟代磺酸酯。举例来说，导体6和7是既导电又能透过氢或氧的极薄的金层。导体6和7也可 由金制网栅形成。图2示出了使用微电子技术的燃料电池的一种实施方式。该电池形成在硅晶片10 上，该硅晶片10可镀有薄的第一绝缘层11和较厚的第二绝缘层12。在绝缘层12的一部分 上形成有开口。在该开口内，先后放置有催化剂层3、电解质1和第二催化剂层4 (绝缘层12 及层3、1和4的厚度可使得层3、1和4中的至少一些层延伸远远超出该开口)。下部的阳 电极6能够与下部的催化剂层3接触。上部的阴电极7能够与上部的催化剂层4接触。电 极6和7具有若干开口，且在硅晶片10上形成与下表面金属镀层中的开口相对的通道13。 此外，已经在电池的下表面侧示出了外壳15，该外壳定义了用作氢气缓冲罐的室，该室连接 到氢源或连接到氢发生源。这仅仅是一种实施方式。现有技术中存在可如图2所示形成的各种类型的燃料电 池。例如，优选地，使支持实际燃料电池的硅晶片部分变薄。晶片10变薄的部分上钻有通 道13，以使氢气通过。应该理解的是，一般而言，所有的晶片表面都镀有至少由天然氧化硅 形成的绝缘体。通过任意方法形成催化剂层3和4，例如通过喷墨沉积。举例来说，全氟代磺酸酯 层1是旋涂上的(spun on)。在这种燃料电池中，能够提供的电力尤其与电池在硅晶片平 面上占据的表面积成比例。一般来说，图2中描述的这种类型的燃料电池的有用表面积在 l-3cm2 之间。这些氢氧燃料电池特别适用于安装在便携设备上，所述便携设备例如移动电话或 便携式计算机。然而，正如之前所看到的，由于与电池运行关联的反应意味着产生水的，而 且由于当电解质中的水的含量在一个有限的范围内时，电池运行得最好，因此，这些电池的应用仍然存在问题。在现有技术中，采用了不同的方法以确保加湿电池，尤其如果所述电池 在其运行期间变干燥，例如由于其被放置在非常干燥的空气中，或者因为特别的运行条件 并不有利于提供水(高电压且低电流)而变干燥。现有技术的加湿装置一般比较复杂，而 且举例来说，还意味着增加了供给电池的气体(空气或氧气和氢气)中的水蒸汽。此外，电 解质湿度比率的测量一般需要中断电池的正常运行。
发明内容
本发明的一种实施方式的一个目的是提供一种调节燃料电池的湿度比率的系统， 该系统克服现有系统中的众多缺陷的至少一些。本发明的一种实施方式的另一个目的是提供一种调节燃料电池的湿度比率的系 统，该系统在不中断电池的正常运行的情况下运行。本发明的一种实施方式的又一个目的是提供一种特别简单的这样的设备。本发明的一种实施方式的再一个目的是提供这样的设备，该设备不需要使用除常 规燃料电池制造技术之外的技术。为了实现全部或部分这些目的，本发明的一种实施方式提供一种氢氧燃料电池， 该燃料电池包括主电池和附属电池，所述主电池和附属电池共享共同的电解质并具有至 少一个分离的电极；用于测量电解质的湿度比率的装置；以及控制和开关装置，用于使主 电池和附属电池并联地运行在同一负载上或分别地运行在两个不同的负载上。根据本发明的一种实施方式，湿度比率测量装置包括阻抗测量装置。根据本发明的一种实施方式，控制装置包括实现如下功能的装置定期地将附属 电池从主电池断开；触发湿度比率测量；如果湿度比率低于期望阈值，将附属电池连接到 使其运行在高湿度发生状况下的负载。根据本发明的一种实施方式，附属电池布置在主电池的外围。将结合附图在下面的具体实施方式
的非限制性说明中详细讨论本发明的上述目 的、特征和优点。
图1是高度简化的燃料电池的横截面视图；图2是根据现有技术的燃料电池的一种实施方式的简化横截面视图；图3是根据本发明的一种实施方式的燃料电池的高度简化的横截面视图；图4示出了根据本发明的一种实施方式的燃料电池控制电路的一个实例；图5是根据本发明的一种实施方式的燃料电池的简化横截面视图；及图6是根据本发明的燃料电池的一种实施方式的简化顶视图。
具体实施例方式为清楚起见，不同附图中的同一元件具有相同的附图标记，此外，按照集成元件的 表示方法中的做法，不同的附图并不成比例。图3高度示意性地示出了(类似于图1)根据本发明的一种实施方式的燃料电池 的一般结构。该燃料电池分为共享同一电解质21的主电池和附属电池。下表面侧具有催化剂层23和导电层26。上表面侧布置有第一主催化剂层24和第二附属催化剂层25，这两层 被分开并分别镀有金属镀层27和28。因此，电池包括单个阳极A和两个阴极K1和K2。正 如下文中结合图6所说明的那样，阴极K2例如位于相对于阴极K1的外围。由于电解质可 透过水，水分子可以良好地扩散且湿度比率在整个电解质中(在主电池侧和附属电池侧) 是相似的。定期测试附属电池以检查电解质的湿度比率是否合适的功能也包含在本发明中。 根据本发明的优点，可以在不中断主电池的运行的情况下进行该测试。如果湿度比率不符 合要求，附属电池会在不同于主负载电路的负载电路中在使电解质的湿度比率增加的条件 下运行。这可包括使附属电池运行在高电流密度下，例如通过将其布置成短路或近似短路。图4示出了可用于实施本发明的电路的一个实例。在图4中，主电池被命名为FC1， 附属电池被命名为FC2。正常情况下，这两个电池向负载L供电，供电有可能经由缓冲电容， 所述负载例如移动电话的电路。开关31布置在电池FC2的阴极K2和负载L之间。附属电 池的接线端子A和K2通过开关32连接到额外的负载33。电池FC2的接线端子还连接到 测量电路34。控制器35控制测量电路34、开关31和32，并且还可能控制负载33。举例来 说，测量电路和控制器是由附属电池提供电力的。在正常运行中，开关31闭合，开关32断开。两个电池FC1和FC2—起向负载L供 电。定期地，控制器35断开开关31并启动确定电解质特性的测量电路，例如通过阻抗测量 (或电化学阻抗光谱测量)或者通过本领域已知的其他方法。如果测量结果显示电解质并 不足够湿润，控制器保持开关31断开，且开关32闭合，从而电池FC2仅为负载33供电。该 负载可以是由控制器35控制的可控负载。其也可以是简单的短路或低电阻。在电解质再 加湿阶段，控制器验证测量电路34给出的指示并通过如下方法中断再加湿阶段一旦电解 质中的湿度比率足够，就将开关32恢复为断开状态。然后，将开关31恢复为闭合状态，两 个电池一起运行以向负载L供电。控制器仅定期地通过诸如短暂地断开开关31并进行测 量的方法验证湿度比率，例如，每分钟验证一次。应该注意的是，附属电池元件的使用尤其适于结合图2描述的那种类型的结构。 图5是对应于图2的横截面视图并示出了根据本发明的燃料电池。与图2中的元件相同的 元件具有相同的附图标记，并且附属电池的催化剂层和导电层的附图标记为4’和7’。图6示出了诸如图5中的电池的简化顶视图，其中，附属电池布置在主电池的外围。当然，本领域技术人员有可能对本发明做出各种改动。具体地，上文描述了一种电 池，其中主电池和附属电池具有共用的阳极和分离的阴极。相反的情况或者阳极和阴极都 是分离的情况也包含在本发明中。结合与燃料电池的具体实施方式
相关的实施方式，已经更具体地描述了本发明， 在该燃料电池中，不同的材料放置在连续的层中。本发明还应用到下述情况电池由不同材 料的片形成，这些片互相贴着布置，并且使用诸如在压力下装配的方法装配。上文描述了具有不同变化的不同实施方式。本领域技术人员在未表现出任何创造 性的情况下有能力将这些不同的实施方式中的不同的元件和变化结合起来。此外，可将除 全氟代磺酸酯之外的材料用于电解质，并且，可将除碳/钼之外的材料用于催化剂，例如碳 /钼-钴或者碳/钼-镍。
权利要求
一种氢氧燃料电池，包括主电池和附属电池，所述主电池和附属电池共享共同的电解质(21)并具有至少一个分离的电极(27、28)；用于测量电解质的湿度比率的装置(34)；及控制和开关装置(35、31、32)，用于使主电池和附属电池并联地运行在同一负载(L)上或分别地运行在两个不同的负载(L、33)上。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其中，湿度比率测量装置包括阻抗测量装置。
3.如权利要求1所述的燃料电池，其中，控制装置包括装置(31)，该装置(31)实现如 下功能定期地将附属电池从主电池断开；触发湿度比率测量；如果湿度比率低于期望阈 值，将附属电池连接到使其运行在高湿度发生状况下的负载(33)。
4.如权利要求1所述的燃料电池，其中附属电池布置在主电池的外围。
全文摘要
一种氢氧燃料电池，包括主电池和附属电池，所述主电池和附属电池共享共同的电解质并具有至少一个分离的电极；用于测量电解质的湿度比率的电路；以及控制和开关电路，用于使主电池和附属电池并联地运行在同一负载上或分别地运行在两个不同负载上。
文档编号H02J7/00GK101872869SQ20101000342
公开日2010年10月27日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月19日
发明者奥德丽·马蒂耐恩特, 尼古拉斯·卡斯特, 皮埃尔·布伊隆, 耐莉·马丁 申请人:意法半导体(图尔)公司;法国原子能委员会