氢气发生器的制作方法

专利名称：氢气发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及氢气发生器。
电化学电池是一种能由电化学反应，典型地两种或多种反应物之间的电化学反应提供电能的装置。一般来说，电化学电池包括两个电极，所谓的正极和负极，和置于电极之间的电解质。为了防止正极活性材料和负极活性材料之间直接反应，通过隔板将电极彼此电分离。
在有时称为氢气燃料电池的一类电化学电池中，正极反应物是氢气，和负极反应物是氧气(例如来自空气)。在正极处氢气氧化产生质子和电子。质子从正极流经电解质并流到负极。电子从正极经外部导电体流到负极，这种流动可提供电，以驱动负载。在负极处，质子和电子与氧气反应，形成水。可通过氢化物的燃烧，或者通过氢化物的液体溶液或淤浆的水解，由储氢合金生成氢气。
一方面，氢气发生器包括外壳、置于该外壳内的固体氢气源，和导引流体与固体氢气源接触而构造的入口。该入口可与毛细(wicking)区域接触。毛细区域可包括对流体具有亲和力的毛细材料。外壳可包括氢气出口。氢气发生器可包括在外壳一端的端帽，所述端帽包括入口和氢气出口。氢气出口可包括透气膜。入口可与流体控制体系流体连接，其中构造所述流体控制体系，以控制流体流动到固体氢气源的流速。发生器可以是便携式的。
另一方面，生成气体的方法包括使含质子源的流体和置于外壳内的固体氢气源接触，其中所述固体氢气源具有为输送氢气到氢气燃料电池而构造的出口。可通过引入流体到氢气发生器内，使流体和固体氢气源接触。氢气发生器可包括外壳。可构造固体氢气源和入口，以导入流体与固体氢气源接触。该方法可包括在流体内溶解催化剂。在一些情况下，该方法可包括使流体经入口流到毛细材料中。该方法还可包括例如通过测定流出发生器的氢气量，以控制到达固体氢气源的流体量。该流体可包括水或另一质子源，所述质子源可以以水蒸气形式输送到固体氢气源中。
另一方面，制造氢气发生器的方法包括将固体氢气源放置在外壳内，其中外壳包括导引流体与固体氢气源接触而构造的入口。该方法可包括例如通过结合固体氢化物和毛细材料，由固体氢化物形成外壳插入物(insert)。
可通过由毛细材料构造毛细区域和固体氢化物区域，从而结合固体氢化物与毛细材料。可通过形成穿过固体氢化物的毛细材料的通道或者通过形成与固体氢化物区域相邻的层，例如通过辊压与固体氢化物区域相邻的层，形成层状辊卷，从而构造毛细区域。通道可沿着外壳的长轴延伸、沿着外壳的主轴延伸或者其结合。在一些情况下，毛细材料可与催化剂结合。该方法也可包括与固体氢气源接触地放置端帽，其中端帽包括入口和氢气出口。入口可与流体控制体系流体连接，其中构造所述流体控制体系，以控制流体流动到固体氢气源的流速。
固体氢气源可包括毛细区域，例如诸如亲水材料之类毛细材料的毛细区域，和固体氢化物区域。毛细区域可形成与固体氢化物区域相邻的层。例如，毛细区域和固体氢化物区域形成层状辊卷。毛细区域可以是穿过固体氢化物区域的通道，所述通道可沿着外壳的长轴延伸、沿着外壳的径向轴延伸或者沿着外壳的这两个方向延伸。例如，外壳可以是圆柱形，和通道可沿着圆柱体的长度方向延伸。
固体氢气源可包括固体氢化物，例如氢化物盐，其中包括碱金属或碱土金属氢化物，氢化铝，或者硼氢化物。硼氢化物可以是硼氢化锂，硼氢化钠、硼氢化钾或其混合物。固体氢化物可以是粒料、片状、圆柱体、层状或管状。固体氢化物可与毛细材料结合。例如，固体氢气源可以是毛细材料与固体氢化物的掺混物。毛细材料可包括催化剂。流体可包括能在固体氢气源内反应形成氢气的质子源。例如，质子源可包括水。
氢气发生器的实施方案可包括一个或多个下述优点。相对于其它氢气源，氢气发生器可具有竞争性的体积和重量容量。例如，与基于类似材料的淤浆或溶液的装置相比，固体氢气源增加发生器的体积能量密度。在固体氢气源内毛细区域的设计可导致包含在发生器内的材料更完全转化成氢气。氢气发生器可安全和可靠并且以可控的方式提供燃料电池燃料。在整个固体氢气中添加催化剂可控制或调整在整个发生器内的氢气生成，这可降低发生器的总体运行温度并改进安全系数。与其它氢气源的组分相比，氢气发生器的组分可相对便宜。氢气发生器可以是经济、紧凑、便携式和/或可弃置的氢气源。相对于使用可逆的金属氢化物合金的氢气源，基于固体氢化物的氢气发生器可具有低的重量。
电化学电池性能同样可得到改进。特别地，当与使用实际数量的燃料电池体系组件用于这种应用，供应便携式消费电子装置动力用的锂离子可充电电池相比时，经计算，添加2倍化学计量量的水到其内的固体硼氢化钠得到运行时间50％的改进。另外，最佳的固体氢化物利用率可与水侵入和氢气回收所规定的最小的体积达成平衡，这种平衡可通过在整个固体氢化物基质内放置各种疏水和毛细材料来调节或改性。这可允许反应物的改进的利用率和氢气生成速度的改进控制。
在以下的附图和说明书中列出了本发明的一个或多个实施方案的细节。其它特征和优点将根据这些说明和附图以及根据权利要求而变得显而易见。


图1是电化学电池的示意图。
图2A是固体氢气源的剖视图。
图2B是固体氢气源的顶视图。
图3A和3C是各种固体氢气源的剖视图。
图3B和3D-F是各种固体氢气源的顶视图。
图4A是固体氢气源的剖视图。
图4B是在外壳内的固体氢气源的侧视图。
图5是层状固体氢气源的顶视图。
图6A是端帽的侧视图。
图6B是端帽的顶视图。
图6C是端帽和固体氢气源的端视图。
图7A-C是流体控制体系的示意图。
图8A-C是流体控制体系的示意图。
参考图1，电化学体系10包括氢气发生器12，所述氢气发生器12包括确定内部体积16的外壳14。固体氢气源18置于氢气发生器的内部体积内。构造入口20以导引在流体容器22内的流体与固体氢气源18接触。入口20可与毛细区域24，例如亲水材料的毛细区域接触，其中所述毛细区域24可包括在固体氢气源18内。外壳12可包括氢气出口26，其中构造所述氢气出口26以输送氢气到氢气燃料电池中。
外壳14的氢气出口26可包括透气膜。该膜可含有潜在地可流出该出口的任何液体组分，从而辅助限制或防止流体从外壳中泄漏。透气膜允许气体，尤其氢气无阻碍地流出外壳，同时通过过滤防止固体颗粒流出生成氢气的外壳。该透气膜可包括聚合物，例如聚(烷烃)、聚(苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸酯)、聚(腈)、聚(乙烯基)、氟聚合物、聚(二烯烃)、聚(亚二甲苯基)、聚(氧化物)、聚(酯)、聚(碳酸酯)、聚(硅氧烷)、聚(酰亚胺)、聚(酰胺)、聚(氨酯)、聚(砜)、聚(芳基醚醚酮)或纤维素或多孔材料，例如足够疏水且多孔以限制液体透过，但允许氢气透过的纤维或矿物，或者其结合。适合于形成透气膜的组合包括共聚物，聚合物掺混物，和含无机-有机复合材料的复合材料。尽管图1中的外壳14具有仅仅一个氢气出口，但在一些情况下，具有大于一个氢气出口，且仍无阻碍地允许所需氢气流出。为了获得充足的渗透速度，可使用高表面积的透气膜结构，例如平行的微管、通道或层。该透气膜可置于发生器的出口26处或者在发生器内一体化。
氢气发生器12可包括在外壳一端的端帽30。端帽30包括入口20。在一些实施方案中，端帽30包括氢气出口(在图1中未示出)。氢气出口可包括透气膜。透气的疏水材料也可用作潮湿的气态氢气流出电池的路径。
外壳14可以是圆柱形外壳。该外壳可由金属，例如镍或镀镍钢、不锈钢或镀铝不锈钢，或塑料，例如聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚砜、ABS或聚酰胺制成。外壳的长度可以是介于1cm至30cm，和宽度或直径介于1cm至20cm。外壳的体积可以是介于1cm3至9400cm3。
固体氢气源可包括固体氢化物，例如碱金属或碱土金属氢化物，氢化铝或硼氢化物。硼氢化物可以是硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾或其混合物。固体氢化物可以是粒料、片状、圆柱体、层状或管状。在一些情况下，固体氢气源可包括可氧化的物质，例如金属(例如，锌、铝、钛、锆或锡)。
通过入口导入的流体可包括能在固体氢气源内反应生成氢气的质子源。例如，质子源可包括水和固体氢气源可包括固体氢化物。催化剂可包括在流体内，或者当催化剂在固体氢气源内反应促进氢气生成时，将其加入到流体中。一般来说，通过使流体与固体氢气源接触生成气体。可通过将流体引入到氢气发生器内，从而使流体和固体氢气源接触。可例如通过测定流出发生器的氢气量来控制到达固体氢气源的流体量。
固体氢气源可包括粘合剂。粘合剂的实例包括聚乙烯粉末、聚丙烯、聚丁烯、尼龙、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基戊烯、卜特兰水泥或氟烃树脂，例如聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。在一些实施方案中，粘合剂可以是亲水材料，例如纤维聚合物织物(例如聚乙烯醇纤维)。固体氢气源可包括介于0.01％至10wt％的粘合剂。
固体氢气源可包括毛细材料，所述毛细材料可形成区域24的一部分。毛细材料可以是纤维聚合物。毛细材料可包括亲水材料。亲水材料的实例包括尼龙、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、取代聚苯乙烯、或聚乙烯醇。例如，毛细材料可包括聚乙烯醇纤维。毛细材料可包括其它添加剂。例如，毛细材料可包括表面活性剂(例如，TritonX-100，获自Sigma-Aldrich)。表面活性剂可辅助润湿毛细材料，这可改良流体移动穿过毛细材料的速度。
催化剂可以是流体组分，或者催化剂可以分布在毛细材料上，溶解在其内或者涂布在其上，在此情况下，当流体在固体氢气源内接触或者流过固体氢气源时，催化剂可溶解在流体内。毛细材料的催化剂负载可以是介于0.01wt％至5wt％。催化剂可包括过渡金属盐，例如钌或钴盐，或其混合物。催化剂可以是活化水与硼氢化钠反应的水溶性过渡金属盐，例如氯化钴(II)和氯化亚铁(II)。催化剂可或者以干燥形式储存在固体氢气源基质内，或者作为在惰性载体(氧化硅、氧化铝、沸石等)上的干燥金属或金属盐分散在固体氢气源基质内、分配在独立于固体氢气源基质的固体氢气源结构内，或者作为水溶液引入。一旦通过硼氢化钠还原产生的催化的自然金属颗粒的高表面积导致可溶金属盐具有高的活性。或者，催化剂的表面可以是金属箔，所述金属箔可在缠绕的电池结构内层压到待辊压的胶带上。
毛细材料和固体氢化物在固体氢气源内的结合可形成毛细材料的一些区域和固体氢化物区域。毛细材料可导引或毛细流体到固体氢化物上，通过在发生器内更加完全地消耗固体氢化物，这可改进氢气的总产率。这可通过在整个固体氢气源的体积内更全面地分配流体而实现。
在一个实例中，毛细区域可并入到穿过固体氢化物区域的通道内，所述通道可沿着外壳的长轴延伸，沿着外壳的径向轴延伸，或者沿着外壳的这两个方向延伸。参考图2A，通道70(或正如所示的，可均匀地分配的多个通道)可沿着固体氢化物或者固体氢化物与粘合剂或添加剂的共混物的圆柱体粒料72的长度方向延伸。参考图2B，通道74可以是径向延伸穿过圆柱体粒料76的沟槽，所述沟槽也可沿着粒料的长度方向延伸。参考图3A-F，小片80可以叠起来形成圆筒之类的结构件配置在外壳内。参考图3A和3C，毛细材料层82可置于小片80之间，以便毛细区域相对于该结构体的长轴径向延伸。可通过压制含固体氢化物的粉末，从而制备小片或粒料。参考图3A和3B，毛细材料的单一通道84沿着该结构体的长度方向延伸。可通过在粒料内钻孔或者要么形成纵向孔隙，从而制备通道，参考图3C-3E，多个通道86，例如2-8个通道，可绕小片80分配。参考图3F，毛细材料的通道层88可围绕小片80的周边。参考图3E和3F，一种其中毛细材料(通道86或通道层88)可允许孔隙体积90并入到在外壳14与小片80之间的发生器设计内的设计。可选择孔隙体积90以适应当生成氢气时在粒料上发生的体积膨胀。
通过形成固体氢化物的圆柱形粒料，可最大化利用罐的体积产生氢气。例如，固体氢化物粉末可压制成粒料，所述粒料具有接近该材料理论密度的实际密度(对于硼氢化钠来说，＞理论密度1.074g/cc的98％)。然而，氢化物的钝化，在粒料内捕获的气泡和阻碍氢气流动的水坑导致水扩散到较大的致密的材料粒料内和氢气扩散出其中可能是低效的。这可通过在固体粒料内或者其间形成亲水和疏水材料区域而克服。毛细材料可用作催化剂的载体。流体然后可通过催化剂毛细，使之溶解并与化学氢化物紧密接触。可选择这些区域的相对尺寸，以便流体扩散到固体氢化物内的长度以及毛细材料移动的体积最小，一些结构体可允许流体同时横向扩散和轴向扩散。
在另一实例中，亲水材料的区域可形成与固体氢化物区域相邻的层。参考图4A，可通过压制粉化材料，例如固体氢化物，从而形成固体氢气源的圆柱形粒料90。参考图4B，可将圆柱形粒料90层叠在外壳14内，和亲水材料(未示出)可引入到圆柱体叠层以内或其周围。参考图5，毛细区域和固体氢化物区域可形成毛细层100和氢化物层102，和辊压它们形成层状辊卷104。例如，硼氢化钠层可作为在亲水/疏水的惰性隔板之间辊压的粉末形式分散，可使用它将水导引到反应区中，使得能生成氢气。单层燃料胶带可包括与亲水粘合剂共混的硼氢化钠以及一排亲水纤维。由这种材料制造的胶带可通过与造纸类似的工艺制造。燃料胶带(纸张)可与疏水膜一起辊压，以分离各层并允许氢气扩散出。在这一体系中，催化剂可溶解在水内，然后可将其从一端毛细到辊卷内，或者催化剂可掺入到胶带内或者隔板层内。
更特别地，可通过制造粉化的固体氢化物(它可具有均匀的筛目尺寸)和亲水粘合剂在合适溶剂内的混合物，从而制造由燃料/催化剂体系组成的胶带。粘合剂和溶剂均对固体氢化物不具有反应性。粘合剂的实例包括coathylene或异丁烯。可能的溶剂包括重质烃，例如IsoparG。粘合剂应当小于10％w/w的固体氢化物。可掺混固体氢化物/粘合剂/溶剂混合物，并使用辊涂机，例如Rondo涂布机，辊压成扁平的片材，以形成燃料胶带片。可用氯化钴溶液浸渍亲水布料或毛细材料的独立片材，并使之干燥，形成催化剂片材，所述催化剂片材可与燃料胶带一起压延，以制造结构体。通过在张紧下辊压，对于单位体积来说，这可获得更多的活性材料。当在圆柱体外壳内放置辊卷，和水可接触毛细材料时，毛细材料本身又溶解催化剂并与燃料胶带紧密反应。氢气扩散穿过在辊卷一端布置的端帽内用疏水材料覆盖的孔隙。可选择氢气出口的数量和(基于疏水度和透气性)选择膜，以最大化氢气的生成速度。可实现85％或更高的氢气产率。通过分配流体，由固体氢气源生成的热可控制或维持在环境温度下或者接近环境温度。
当流体包括水时，它可以以液相或气相形式输送到固体氢气源中。当以气相形式输送时，这一方法可允许水以可预测和可靠的方式更有效地输送到固体氢气源中，而与该装置的几何取向无关。例如，可在发生器内包括小的电阻加热器，在水流过入口之前或者同时，所述电阻加热器在容器内汽化液体水。在另一实例中，可利用膜体系，使之能控制液体水转化成气相水，然后将所述气相水导入到固体氢气源内。在开始生成氢气之后，来自氢气生成所产生的热可用于提供汽化液体水的热量，从而使得可在开始使用时需要电阻加热。
可设计端帽30，以控制体系的安全度，并通过在整个固体氢气源中分配流体，从而最大化利用固体氢气源。特别地，可设计端帽30在流体与固体氢气源之间具有大的接触面积，这可最小化流体扩散到固体氢气源内的扩散长度，从而改进来自该装置的总的氢气产率。参考图6A和6B，端帽30包括入口20和氢气出口110。氢气出口110可在盖帽区域上分配，以最大化与固体氢气源接触的面积，这有助于收集所生成的气体。如前所述，透气膜，例如疏水膜，可覆盖氢气出口，以容纳在发生器内的固体和液体。参考图6C，端帽30可位于固体氢气源18的一端，此处表示为层状辊卷。氢气出口110位于固体氢气源18的一端，以促进所生成的氢气的收集。入口20接触油芯112，所述油芯112可以是在盖帽30的接触侧上的毛细材料的沟槽或者导管。可在盖帽上构图油芯112，以便当水被输送到固体氢气源中时，在均匀地分配流体的几何图案内分配水。可构图油芯，以便最小化在油芯之间的燃料胶带的径向弧长。
参考图1，在电化学体系10中，氢气发生器12的氢气出口26连接到氢气燃料电池50上。燃料电池50具有确定内部体积54的外壳52。通过电解质60隔开的正极56和负极58在内部体积内。外壳也具有氧气或空气入口62，贫氧空气也可经其逃逸的空气和水出口64，以及氢气入口66。氢气入口66可拆卸地连接到氢气发生器12的氢气出口26上。在氢气发生器和氢气燃料电池之间的连接可提供用于氢气的导管。因此，通过氢气发生器产生的氢气可行进到燃料电池中，在此它可被燃料电池的正极56消耗。视需要，使用阀门或调节氢气流动到燃料电池的其它方式，以关闭或打开在氢气发生器和燃料电池之间的连接。导电体68可连接正极56和负极58，当产生电时，将驱动负载。
在燃料电池50中，正极56氧化氢气产生质子和电子。质子经电解质60移动到负极58，在此质子与通过氧气或空气入口62提供的氧气结合，和电子行进经过导电体68产生水。水可通过空气和水出口64流出燃料电池。反馈收集导管(未示出)可收集来自燃料电池的水并供料到氢气发生器中。燃料电池的正极56可由能与氢气相互作用形成质子和电子的材料形成。该材料可以是能催化氢气分解与氧化的任何材料。这种材料的实例包括例如铂或贵金属，铂或贵金属合金，例如铂-钌，和分散在炭黑上的铂。负极58可由能催化氧气、电子和质子之间反应形成水的材料形成。这种材料的实例包括例如铂、铂合金、过渡金属、过渡金属氧化物，和分散在炭黑上的贵金属。电解质60能允许离子流经它，同时还提供电子流动的显著阻碍。在一些实施方案中，电解质60是固体聚合物(例如固体聚合物离子交换膜)。电解质60可以是固体聚合物质子交换膜(PEM)。固体聚合物质子交换膜的实例是含磺酸基的固体聚合物。这种膜可以商标NAFION商购于E.I.DuPont deNemours Company(Wilmington，DE)。或者，电解质60也可由获自W.L.Gore & Associates(Elkton，MD)的商业产品GORE-SELECT制备。在一些情况下，电解质60可以是聚磷腈膜，或者含无机填料的膜。在一些实施方案中，电解质60可以是离子传导液体电解质(例如氢氧化钾水溶液，氢氧化钠水溶液，硫酸水溶液，或磷酸水溶液)。液体电解质可以是游离液体或者可通过添加胶凝剂，例如聚合物(例如聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸)或吸收剂(例如，硅胶，煅制氧化硅或粘土)将其固定。
燃料电池外壳52可以是在燃料电池中共同使用的任何常规的外壳。例如，外壳52可以是塑料、碳，或金属容器如钢、不锈钢、石墨、尼龙、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、全氟烷氧基树脂，或金属、碳和塑料的结合。塑料可例如用无机填料填充。或者，塑料可未被填充。在一些实施方案中，正极可包括压力控制阀门，所述压力控制阀门可调节电池内的氢气压力。
通过控制传输到固体氢气源上的流体(例如水或含溶解的催化剂的水)，从而控制由发生器产生的氢气。更具体地，入口可以流体连接到流体控制体系上，其中构造所述流体控制体系，以控制流体流动到固体氢气源的流速。流体可机械地供料到固体氢气源内。参考图7A，发生器12可包括流体控制体系200，在所述流体控制体系200内流体容器22含有流体腔室202和压力腔室204。压力腔室204用气体，例如惰性气体如氮气预加压到压力PN2。在比外壳12的内压(PH2_IN)高的压力下(PH2O)，在压力腔室204内的压力PN2足以将流体腔室202内的所有流体经入口20传输到固体氢气源18上。活塞或隔膜206根据压差移动。压力驱动的阀门(P)可以是入口20的一种组件，起到自调节内部氢气压力(PH2_IN)的作用。保形缓冲罐(BT)可适应固体氢气源的膨胀和负载的突变，这将导致来自发生器的更快速的氢气消耗。通过正向压力调节器210调节输送到燃料电池的氢气输送压力(PH2_OUT)到合适的水平。
参考图7B，发生器12可包括流体控制体系200，在所述流体控制体系200内，流体容器22包括通过弹簧208驱动的活塞或隔膜206，以便将流体转移到固体氢气源18上。弹簧208可以是具有非线性力-位移曲线的紧凑的膜片式弹簧垫圈组，它在活塞的位移区间内可传输相对一致的力。压力驱动的阀门(P)，它可以是入口20的一种组件，起到自调节内部氢气压力(PH2_IN)的作用。保形缓冲罐(BT)可适应固体氢气源的膨胀和负载的突变，这将导致来自发生器的更快速的氢气消耗。在弹簧周围的孔隙空间可用作BT的体积，从而降低浪费的空间。通过正向压力调节器210调节输送到燃料电池的氢气输送压力(PH2_OUT)到合适的水平。
参考图7C，在固体氢气源18的出口34处的透气膜32可含有在容器36内的材料。当产生氢气并流出出口34时，在固体氢气源18内的材料膨胀。该材料的膨胀可朝流体容器22驱动活塞或隔膜206，从而驱动流体输送到固体氢气源内。压力驱动的阀门(P)可以是入口20的一种组件，起到自调节内部氢气压力(PH2_IN)的作用。保形缓冲罐(BT)可适应固体氢气源的膨胀和负载的突变，这将导致来自发生器的更快速的氢气消耗。通过正向压力调节器210调节输送到燃料电池的氢气输送压力(PH2_OUT)到合适的水平。可与阀门P相邻地包括检测阀209，以防止回流。这一方法可比含机械移动部件的体系紧凑。
一般来说，氢气发生器可以自调节，根据功率需求进行开关转换。为了实现自调节，可如图8A和8B所示构造阀门P。参考图8A，当氢气被消耗时，在发生器内的氢气压力(PH2_IN)下降，和当活塞302通过弹簧304驱动，通过流体连接流体容器22和固体氢气源18引发进一步的氢气产生时，阀门300打开。参考图8B，弹性隔膜306可对发生器内的氢气压力产生应答，以便打开和关闭流体容器22与固体氢气源18之间的流体连接。参考图8C，压力驱动的阀门P可与在出口压力调节器/水控制阀门310内的出口压力调节器210结合。阀门310可向下调节氢气压力发生器的压力(PH2_IN)到供料至燃料电池的较低的稳定值(PH2_OUT)。阀门310通常打开，因此氢气流动，压力在阀门下游累积。当出口压力(PH2_OUT)增加时，它通过传感孔隙312传递到阀门上，这引起弹簧314压缩，最终在阀座319处密封。当氢气被消耗和出口压力下降时，在弹簧上的力下降，和阀门打开，让更多的氢气穿过。当在发生器内的氢气被耗尽时，PH2_IN下降，和阀门必须进一步打开，以维持PH2_OUT在所需的水平。当阀门几乎完全打开时，PH2_IN略大于PH2_OUT，入口20被打开，从而允许流体从流体容器22移动到固体氢气源18中，以便生成更多的氢气。可使用按钮318设定出口压力。这是因为正向压力调节器通常是开启的阀门，可就在燃料电池之前使用独立的开/关阀门，以便在不使用的时间段期间关上氢气压力与流动。然而，压力调节器将维持在开/关阀门上游管线内的操作压力，这对快速的燃料电池启动来说是有用的。
在可供替代的方法中，固体氢化物，优选圆柱形片状以最小化孔隙体积的固体氢化物，可下落到含催化剂的水中，以促进气体生成和反应效率。在此情况下，由于通过小片的尺寸确定最大可实现的氢气压力，因此更加容易避免失控的情况。固体小片堆可储存在弹簧负载的隔室内，其中所述弹簧负载的隔室可通过下降的氢气压力驱动以增加输出。
权利要求
1.一种氢气发生器，它包括外壳；置于该外壳内的固体氢气源；和为导引流体与固体氢气源接触而构造的入口。
2.权利要求1的氢气发生器，其中固体氢气源包括固体氢化物。
3.权利要求2的氢气发生器，其中固体氢化物是粒料、小片、圆柱体、层状或管状。
4.权利要求2的氢气发生器，其中固体氢化物包括硼氢化物。
5.权利要求4的氢气发生器，其中硼氢化物是硼氢化钠。
6.权利要求1的氢气发生器，其中固体氢气源包括与亲水材料结合的固体氢化物。
7.权利要求6的氢气发生器，其中亲水材料包括催化剂。
8.权利要求6的氢气发生器，其中固体氢气源是亲水材料与固体氢化物的掺混物。
9.权利要求1的氢气发生器，其中固体氢气源包括毛细区域和固体氢化物区域。
10.权利要求1的氢气发生器，其中毛细区域包括亲水材料区域。
11.权利要求10的氢气发生器，其中亲水材料区域是穿过固体氢化物的通道。
12.权利要求11的氢气发生器，其中通道沿着外壳的长轴延伸。
13.权利要求11的氢气发生器，其中通道沿着外壳的径向轴延伸。
14.权利要求10的氢气发生器，其中亲水材料区域形成与固体氢化物区域相邻的层。
15.权利要求10的氢气发生器，其中亲水材料区域和固体氢化物区域形成层状辊卷。
16.权利要求1的氢气发生器，其中入口接触亲水材料区域。
17.权利要求1的氢气发生器，其中外壳包括氢气出口。
18.权利要求17的氢气发生器，其中氢气出口包括透气膜。
19.权利要求1的氢气发生器，其中外壳是圆柱体。
20.权利要求17的氢气发生器，进一步包括在外壳的一端的端帽，所述端帽包括入口和氢气出口。
21.权利要求1的氢气发生器，其中入口与流体控制体系流体连接，其中构造所述流体控制体系，以控制流体流动到固体氢气源的流速。
22.权利要求21的氢气发生器，其中流体包括水。
23.一种生成氢气的方法，该方法包括使含质子源的流体和置于外壳内的固体氢气源接触，其中所述外壳具有出口，其中构造所述出口，以传输氢气到氢气燃料电池中。
24.权利要求23的方法，其中使流体与固体氢气源接触包括引入流体到氢气发生器内，其中该氢气发生器包括外壳；固体氢气源；和为导引流体与固体氢气源接触而构造的入口。
25.权利要求24的方法，其中固体氢气源包括固体氢化物。
26.权利要求25的方法，其中固体氢化物是粒料、小片、圆柱体、层状或管状。
27.权利要求25的方法，其中固体氢化物是硼氢化钠。
28.权利要求23的方法，其中固体氢气源包括与毛细材料结合的固体氢化物。
29.权利要求28的方法，其中毛细材料包括亲水材料。
30.权利要求23的方法，进一步包括在流体内溶解催化剂。
31.权利要求24的方法，进一步包括使流体穿过入口到达亲水材料。
32.权利要求23的方法，进一步包括控制到达固体氢气源的流体量。
33.权利要求32的方法，其中控制到达固体氢气源的流体量包括测定流出发生器的氢气量。
34.权利要求32的方法，其中流体包括水。
35.权利要求34的方法，其中控制到达固体氢气源的流体量包括输送水蒸气到固体氢气源中。
36.一种制造氢气发生器的方法，该方法包括将固体氢气源置于外壳内，其中该外壳包括为导引流体与固体氢气源接触而构造的入口。
37.权利要求36的方法，其中固体氢气源包括固体氢化物。
38.权利要求36的方法，进一步包括由固体氢化物形成外壳插入物。
39.权利要求38的方法，其中外壳插入物是粒料、小片、圆柱体、辊卷或管状。
40.权利要求36的方法，其中形成固体氢气源包括结合固体氢化物与毛细材料。
41.权利要求40的方法，其中毛细材料是亲水材料。
42.权利要求40的方法，其中结合固体氢化物与亲水材料包括制造由毛细材料得到的毛细区域和固体氢化物区域。
43.权利要求42的方法，其中制造毛细区域包括形成穿过固体氢化物区域的毛细材料的通道。
44.权利要求42的方法，其中通道沿着外壳的长轴延伸。
45.权利要求43的方法，其中通道沿着外壳的径向轴延伸。
46.权利要求42的方法，其中制造亲水材料区域包括形成与固体氢化物区域相邻的层。
47.权利要求46的方法，进一步包括辊压与固体氢化物区域相邻的层，形成层状辊卷。
48.权利要求40的方法，进一步包括结合毛细材料与催化剂。
49.权利要求37的方法，其中固体氢化物包括硼氢化物。
50.权利要求49的方法，其中硼氢化物是硼氢化钠。
51.权利要求36的方法，其中入口与毛细材料区域接触。
52.权利要求36的方法，其中外壳包括氢气出口。
53.权利要求52的方法，其中氢气出口包括透气膜。
54.权利要求36的方法，进一步包括与固体氢气源接触地放置端帽，其中端帽包括入口和氢气出口。
55.权利要求36的方法，进一步包括将入口流体连接到流体控制体系上，其中构造所述流体控制体系，以控制流体流动到固体氢气源的流速。
全文摘要
氢气发生器包括固体氢气源(例如置于外壳内的硼氢化钠)和为导引流体(例如水)与固体氢化物接触而构造的入口。
文档编号C01B3/50GK1845873SQ200480025014
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月14日
发明者I·贝, J·A·德雷克, A·G·吉利钦斯基, M·R·斯通, J·E·森斯特龙 申请人:吉莱特公司