专利名称：用于电能转换装置的燃料容器与回收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于能量转换系统的燃料及排出物的收集，更特别涉及金属—空气燃料电池的燃料容器与回收系统。
现有技术的金属—空气系统已被证实具有足够的电容量以供给电力交通工具的电力。此种具有循环金属淤浆的阳极的金属—空气电池由Sony、Sanyo、the Bu l garian Academy of Science、及CompagnieGeneral d’Electricitie于1970年代建造以作为示范用途。这些系统并未达成任何商业成功，因为它们的电力输出都相当低(可接受的排放速率及总容量)。直到现在，这仍是提供商业可实施系统的主要障碍，例如Sony仅能提供24瓦/千克，Compagnie General d’Electricitie则限制为82瓦/千克或84瓦时/千克。然而，依所使用燃料的类型而定，理论容量仍超过这些值的5倍。近期的金属—空气电池的一种型式已实现在容量上的改进，其使用固定阳极粒子的填充床，且电解质不需使用外部电解质泵就可通过床。虽然，此系统已增加电池容量至约200瓦/千克且能量密度约150瓦小时/千克，但在商业化成功可实现前仍需要进一步的改进。
金属—空气可补给燃料电池组可在短时间(即数分钟)内补给燃料，与典型上需要数小时以充电的常规电池相比较，此特性使金属—空气可补给燃料电池组非常适合移动性应用，如电子交通工具、携带式电源等。在补给燃料操作期间，将新的阳极金属及电解质加入电池内并除去反应产物和废电解质。反应产物需被送至工业设施以回收或用作其他目的。已提出多种方法以补给燃料至金属—空气电池。一种已知系统使用二个储藏室，一个用于储藏新的阳极燃料，一个用于容纳来自电池的反应材料。
美国专利第4,172,924号公开了一种金属—空气电池，其使用糊状的金属粒子及液体电解质的混合物所形成的流体金属燃料。此糊自第一储存室经电化学电池组中移动，在电化学电池组中，该糊在相应金属氧化物糊阴极处氧化，反应产物(主要为金属氧化物)送至第二储存室。尽管此装置通过除去反应材料而增加了排液速率，但该多个储藏室的设计浪费空间，增加了复杂性，且增加了成本。
最近出版的美国专利第5,952,117号公开了一种设计用来克服随上述的双重储存室构型产生的缺点的燃料电池组，该’117专利公开了一种可运输的容器以供应阳极材料及电解质至该燃料电池、在密闭系统循环电解质、并收集废阳极反应产物。根据此专利，该容器首先以锌燃料粒子及新的电解质填充。接着，该容器被送至燃料电池组并与该电池组连接，以使其成为电解质流动路径的一部份。在电池放电期间，在锌燃料及电解质使用一段时间后，此时含至少部份废电解质及反应产物的容器自电池除去并送回再填充装置。随后将容器的内容物排空至再填充装置并重复此方法，消耗的电解质及反应产物在锌再生装置再生并再回到再填充装置。虽然此装置避免了两个单个容器的需求，但反应产物的收集只能在燃料供应被耗尽且容器被排空至再填充装置后才能有效地进行。
此系统的另一缺点涉及用于预防在并联注入燃料的多个电池间的杂散电路电流的结构。在此构造中，电池并未经由导电燃料进料彼此电绝缘。为避免短路，该’117专利公开了一种过滤器，以使较大的阳极材料粒子不会通过燃料小室间的导管。虽然这对在该专利公开的颗粒状燃料粒子有效，但此方法无法阻挡在糊状燃料材料中存在的微小阳极粒子的通过。
本发明另一目的为提供一种单一储存容器以同时供应燃料至能量转换装置并收集来自能量转换装置的排出物。
本发明的另一目的为提供一种单一储存容器以分别供应燃料至燃料电池及自燃料电池收集反应产物，且特别是使用锌、铝、锂、镁、银、铁等的金属—空气燃料电池。
本发明另一目的为提供一种金属—空气燃料电池系统，以电力需求(亦即在瓦至兆瓦的范围间)方面，此系统可用于各种应用。此种应用包括但不限于为机动车辆、携带式及消费性电子用品、家庭及工业提供的能量。
本发明的另一目的为消除具有单一燃料进料的多个电化学电池间的短路。
基于上述目的及在下文中更明显的额外目的，本发明一般提供一种方法及系统，以自单一储存容器供应燃料至能量转换装置并同时自能量转换装置收集排出物至容器。
特别地是，本发明提供一种包括一个储存容器的燃料电池系统，其可接至电池以提供燃料并同时收集废弃物及产生作为电池排出物的反应材料。本发明适合用于混合可再充电燃料电池及特别是具有流体形式的金属阳极材料的金属。空气燃料电池。名词“流体”在此被定义为糊状材料如在流体电解质如KOH溶液中悬浮的小金属粒子及各种添加剂。金属—空气燃料电池用氧或空气(燃料)氧化金属阳极作为电化学电池反应的一部份操作。在本发明中，流体阳极，特别是锌—金属燃料，自单一储存室供应至电池系统的多个电池组，在操作期间，作为电池排出物的所得反应产物被持续地自电池移出至储存容器，且电池用来自容器的新的阳极燃料再重新补充。
根据本发明的一个方向，在具有至少一个能量转换装置的能量转换系统中提供储存容器以储存一定量燃料及一定量排出物。该储存容器包括可连接至该至少一个能量转换装置的容器本体，及包括位于容器内的至少两个可相反变化体积的室以分别储存一定量燃料及接收一定量排出物。提供一种结构以减少第一室的体积，并同时增加第二室的体积。在操作能量转换装置期间，燃料自第一室供应且同时在第二室接收排出物。当燃料供应耗尽时，该储存容器可被除去并送至其他位置以再生废燃料成为新燃料，接着将该储存容器与能量转换装置再次连接，且新的燃料自先前为“排出物”室注入，且排出物在原先的燃料供应室被接收。
根据本发明对燃料电池组系统的特定实施，提供单一储存容器以储存一定量的电化学阳极材料及一定量的反应产物。该储存容器包括至少两个可相反变化体积的隔离室及至少一个具有阴极的电池元件并限定体积以容纳该阳极材料(金属及电解质)以形成一个具有阴极的电化学电池。流体传送电路在该至少一个电池元件与在储存容器的第一室间与阳极材料接触。相同的或独立的流体传送电路与在电池及在储存容器的第二室间与反应产物接触。在优选实施方案中，传送电路分别包括位于该电池及该储存容器间的分支导管或导线管。每一个导线管包括电绝缘阀以选择性地向/从彼此电连接的一组电池的一个电池传送新的阳极材料及反应产物。
根据本发明的另一方向，该燃料电池电力系统还包括用于反应产物从电池移至储存容器后再生反应产物成为新的电化学阳极材料的子系统；以及用于当新的阳极材料传送至电池及反应产物传送至储存室时可改变第一及第二室的各自体积的结构体。再生反应产物的子系统可位于电池附近，或是可位于较远的位置，且在所有燃料被分配后将储存容器传送至此。
在另一实施方案中，储存容器的第一室包括容纳新的阳极材料的第一子室及容纳电解质的第二子室。在送至电池前，这些成分先自相应的第一子室及第二子室送至混合器。同样地，储存室亦可被构造为容纳阳极反应材料的第一子室及容纳废电解质的第二子室，自电池送至储存室前这些成分先彼此分开。
本发明进一步提供一种供应燃料至能量转换装置及收集来自能量转换装置的排出物的方法，该方法包括以下步骤将具有至少两个室的储存容器连接至能量转换装置，此至少两个室分别将一定量的燃料送至能量转换装置及自能量转换装置接收排出物；相反地改变储存室中第一室及第二室的体积以供应燃料至能量转换装置及收集来自能量转换装置的排出物；将该容器自该能量转换装置分离；在容器内将排出物转化为燃料；以及重新连接该容器至该能量转换装置，以自第二室供应新的燃料至能量转换装置及在第一室接收排出物。
在以上的特定应用中，本发明提供一种供应燃料至至少一个燃料电池元件，及自至少一个燃料电池元件收集反应产物的方法，该方法包括以下步骤将具有至少两个室的储存容器连接至燃料电池，以分别供应阳极流体至该燃料电池元件及自该燃料电池元件接收反应产物；相反地改变在该储存室第一及第二室的体积，以供应阳极液体至该燃料电池及自该燃料电池元件接收反应产物；将该容器自该燃料电池分离；将在第二室的反应产物转化为燃料；以及重新连接该容器至该燃料电池，以自第二室供应新的阳极流体至该燃料电池及在第一室接收反应产物。
现在将特别参考相关附图对本发明加以描述
具体实施例方式
典型金属—空气电池组的低能量密度限制它们在高速率应用如供给机动车辆动力的实际用途。本发明以类似于二次电池系统的方式使用单一储存容器以分配燃料及收集并再组成电化学反应物(即大部份金属氧化物)，来克服现有技术的缺点。该混合构造(即可再补给燃料/可再充电)提供长放电期(或高能量密度)、使在放电期间的性能增强的较快的再充电容量和较长的循环生命。
本发明使“燃料分流”具体化，其中仅使用一个燃料源可得到多重金属/空气电池电压，而不会使电池短路。结果，以本发明电池构造制造的电池可提供至少约330瓦小时/千克或750瓦小时/升，使它们良好地适合用作纯的或混合电动车辆的动力来源。
在本发明的优选实施方案中，去偏极阴极的空气被设计为处理500至2000毫安培/平方厘米的放电电流密度及能提供5000安培小时/升的容量的电解质。优选使用包括抗腐蚀性添加剂及合金的金属阳极材料。该阳极材料优选为由小金属粒子组成，粒子尺寸要能使在电化学反应期间金属粒子不会在阳极表面完全被氧化。虽然较小的尺寸提供较大的容量、较佳的排液速率、及促进流体经过系统的较易输送，但所选择颗粒范围优选在约10纳米与1毫米间。
金属燃料容器形状要能使体积容量最大，且增加容量与放电量。关于个别电池元件的形状，虽然在本发明范围内可使用其他形状，但对较大的电力密度，圆筒形构造较佳。
该储存容器包括一种机械装置以当新的金属糊由储存容器流动并进入个别电池及废金属糊自电池回到储存容器时，可相反地改变新的糊(燃料)储存室及反应产物(排出物)室的相应体积。该机械装置包括限定室间边界的可移动壁，例如活塞、螺旋机械等。以此方式，反应产物占有先前放置新的金属糊的空间。该机械系统可用来强制糊流出容器，或是其可与在流体路径的外部泵合并操作。对具有相当小的电力要求的应用如消费性电子用品，储存容器可用挠性壁设计，其可通过外力(例如由手)压缩以强制将燃料注入电池中并强制废弃材料回到储存室。
当多个电池电连接在一起，可使用绝缘/分流系统(ISS)以预防短路。该ISS包括与分别连接至每一个电池的个别燃料进料管线相通的一系列阀。此构造使单一燃料储存室可将新的金属糊进料至许多电绝缘的电池。该系统使用一个“开”和“关”的机械装置，当反应材料在“开”状态被排空时，该机械装置选择性地使新的金属糊注入个别电池，在电池操作期间，ISS被关掉，且在每一个电池中的金属糊与主要燃料管线电隔离。
在实施方案中，ISS包括位于每一电池及主要进料管线间的Teflon(或一些其他绝缘材料)活栓或阀，该活栓/阀可以已知方式左右移动以开或关糊路径。在另一实施方案中，该Teflon活栓/阀可旋转90度以开或关闭糊路径，系统中所有的活栓/阀间断地移动或旋转，结果，串联的电池以相同速率填充新的金属糊，但以交错方式进行。以此方式，ISS可预防经由金属燃料进料的电池间的电流泄漏或短路。
为使系统的体积效率最大化，每一个电池优选为圆筒形状且包括空气扩散阴极、分离室、及镍基电流收集器。金属糊持续注入分离室与阳极电流收集室间的预先限定的空间。形成阴离子和阳离子传导膜的传导聚合物凝胶膜分离器材料的实例公开于同在申请中的1999年2月26日申请的美国申请第09/259,068号，在此并入作为参考。膜的凝胶组成包括在其溶液相中的离子材料，以使该材料的行为类似液体电解质，而同时固体凝胶组成物预防溶液相扩散进入装置中，此种膜部份包括载体材料或基质，其优选织物或无纺布如聚烯烃、聚乙烯醇、纤维素、或聚酰胺如尼龙。更具体而言，膜的聚合物基凝胶或薄膜部分包括电解质，其在含聚合反应抑制剂及一种或多种水溶性乙烯不饱和酰胺或酸单体的聚合反应产物的溶液中，单体优选为亚甲基二丙烯酰、丙烯酸胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、或他们的混合物。具体而言，该分离器包含包括载体的离子—传导聚合物基固体凝胶膜，在载体上的溶液相内包含具有离子材料的聚合物基凝胶。该聚合物基凝胶包括一种或多种单体的聚合反应产物和增强剂，所述单体选自水溶性乙烯不饱和酰胺或酸的组中，所述增强剂选自水溶性及水溶胀聚合物的组中，其中加入离子材料至一种或多种单体，且增强剂在聚合反应前加入。可用于本发明的其他分离器材料公开于同在申请中的2000年1月11日申请的美国申请第09/482,126号，在此引入作为参考。该’126申请公开了包括载体或基质及在溶液相中具有离子材料的聚合物凝胶组合物的分离器，在制备该分离器时，在聚合反应前将离子材料加入单体溶液且在聚合反应后离子材料仍嵌在所得聚合物凝胶内。离子材料性质类似液体电解质，但在同时，聚合物基质固体凝胶膜提供平滑的不能透过的表面，其允许离子交换以进行电池放电及充电。有利地是，分离器减少树枝状晶体渗漏且预防反应产物如金属氧化物扩散至电池的其他部份，而且，所测得的分离器离子电导率远高于现有技术固体电解质或电解质—聚合物膜的该种性质。
适合的阴极结构叙述于同在申请中的1999年10月8日申请的美国申请第09/415,449号，在此引入作为参考。在该'449申请的阴极包括多孔金属发泡基底，其以传送的孔洞的网络方式形成。活性层及疏水的微孔气体扩散层皆位于金属发泡基底的一种或多种表面上。该金属发泡基底用作阴极电流收集器。微孔层为塑胶材料如含氟聚合物(即PTFE)。阴极也可包括由相对强的键加强的特别微结构，此键由在金属发泡基底的三维空间传送的孔隙内烧结聚合物粘合剂而提供的。该反应层优选由与粘合剂相同的材料制造。此有利地使单一辊筒轧压操作能同时注入粘合剂进入基底且在其上形成反应层。形成此种电极的方法可包括混合碳及聚合性粘合剂以形成碳/聚合物掺合物、制备该碳/聚合物掺合物作为液体分散液或浆液、在实质上连续的方法中将该碳/聚合物掺合物置于基底孔洞内；将活性层置于基底上，及原位烧结具有电流收集器孔洞的聚合物掺合物。
对阳极电流收集器，一个集成静力混合器及电流收集器被用来有效地混合金属糊以当燃料经过电池或电源堆叠时可固定地暴露未反应金属于阴极表面。此静力混合器确保阴极与金属糊阳极间良好的接触，以最优化放电容量。
一种优选的金属糊展现高的电化学活性、良好的流动性、低的内电阻、及抗腐蚀性质。一种理想的糊组合物包括金属粉末(或前述尺寸范围的金属粒子)、流体凝胶或糊形成的电解质(如具有约30-35％的KOH溶液)、抗腐蚀试剂、润滑剂、及电传导试剂及若需要或必须时可包括其他添加剂。
一种由金属颗粒(此可由如Aldrich Chemical Co.Milwaukee，WI得到)、以及35％凝胶电解质(5％聚丙烯酰胺、35％KOH、60％水)的流体糊展现了期望的特性，包括低的内电阻及良好的流动性。
现在参照附图的
图1，说明能量转换系统10的示意图，其包括能量转换装置12、储存容器14、及一般以标记16表示的流体路径。能量转换装置12将燃料转换为能量及排出物，且可为各种装置中的任何一个，且于下文中更详细说明燃料电池的说明性应用。储存容器14分成至少二个室18a、18b以分别储存改变量的燃料及排出物。在此方面，室18a、18b可相反地变化体积以便当燃料自室18a首先分配时，一定量的排出物在室18b被收集。在全部量的来自室18a的燃料被供应至能量转换装置12且室18b充满排出物后，储存容器由一般命名为20a、20b的合适装置自流体路径18分开。再将储存容器送至一般以27表示的设施/装置以使用已知的加工技术再使排出物成为新的燃料，或燃料电池直接由装置原位再充电以用于较小规模应用如下所述。现在在室18b(且室18a为空的)中含有新的燃料供应的储存容器14再与流动路径16连接且供给燃料至能量转换装置的方法反过来。然后再将新的燃料自室18b分配且将排出物在室18a被收集，然后再重复整个方法。
图1的储存容器14以可移动壁22示意地说明，可移动壁22限定个别室18a、18b间的边界且其改变室的相应体积。壁22可包括分开的密封装置24(即-O-圈装置)以防止室间的泄露。壁22可经由机械装置(未示出)双方向驱动，机械机构可操作性地偶合至活塞、螺旋驱动等。可预期的是可使用许多方法，且本领域普通技术人员可了解此处所示的特定实施例并不用来作为限制。
流动路径16所示表示为包含一对泵26a、26b，其与以实线及虚线表示的分支输送管、导管或管子相通。一对阀28a、28b可独立地带动以选择使路径中的流体流至每一室或自每一室流出。当燃料自室18a或室18b分配，以及排出物回至相对的室18b或室18a，点线表示视相应泵26a、26b的操作的相反流动路径。流动路径16可进一步包括一个或多个排气口及在流体膨胀(fluid plumping)领域中已知类型的相关硬件，为了清晰，这些元件未示出且为本领域技术人员已知。
现在参照图2，所示为在第一实施方案中的典型燃料电池电力系统30的示意图。电力系统30一般包括储存容器32、电源堆叠34、流动路径36及阀/绝缘系统(ISS)38。该储存容器包括一对可相反变化体积的室40a、40b，如前文相关于图1说明的一般具体实施例所示。如图2所示，流体阳极材料起初包含于室40a。流动路径36包括泵42(虽然表示单一泵，但可安装超过一个，且额外的泵位于室40a附近)以驱动流体流经系统。燃料起初由室40a分配至ISS 38。该ISS 38包括具有个别支管46a-d的燃料进料导管44以使阳极糊(或循环反转为反应产物)自储存容器32传送至多个相应电池元件48a-d。每一个电池包括上述实例形式的空气一阴极装置49。具有个别支管52a-d的类似导管50经由泵42连接至储存容器32。形成电源堆叠的电池元件以常规方式彼此电连接且经由接头53a、53b与外部应用相通。在实例循环操作期间，燃料自室40a传送且反应产物自电池元件48a-d传送至室40b。通过将储存容器32内的隔板54移动特定距离，储存室40b中的反应产物的储存体积增加，而室40a中的阳极流体的储存体积减少(具有20％的体积补偿，是因为新的燃料转化为反应产物时的体积变化)。在燃料耗尽后，该储存容器32再送至充电站(如图1所示)以再充电/再组成反应产物成为新的阳极材料。或者，废弃产物可原位以本领域已知的方式施加电压于氧化材料来充电。充电后，储存容器32再连接于系统且循环是反方向的，自室40b分配新的阳极燃料且在室40a收集反应产物。
相对应的阀46a-d及52a-d分别配对操作以选择性地注入燃料及排出反应产物至电池。邻近电池的入口及出口阀每一个皆独立操作，以使一次仅单个电池被供以燃料及排出反应产物。结果，在个别电池间没有经由在供应/除去路径上的传导金属阳极材料的电连续。此种电池设计具有少量移动零件及具有易得到材料的简单构造。包括如上所述的金属粒子及凝胶电解质的糊式的燃料可在外部泵的压力下经由系统自由流动，其流动方式类似于O2-H2燃料电池的氢燃料。将燃料供应及废材料储存集成于单一容器，该容器被分隔为可相反改变的个别组成的储存体积，此种整合提供了较佳的空间利用，简化了燃料的储存、供应及输送且最终提供给消费者降低的能量成本。
现在参照图3，说明金属—空气电池电力系统30’的另一实施方案，与上述实施方案相似的组件被类似地编号。燃料电池电力系统30’包括储存容器32’、电源堆叠34、流动路径36’及阀/绝缘系统(ISS)38。该储存容器已被改进以包括多个室56a、56b及58。根据以上讨论原则，室56a及56b被一起驱动且体积变化与室58相反。此处流体阳极金属与电解质分开，金属起初包含于室56a，且电解质包含于室56b。流动路径36包括泵42a以驱动液体流经系统，混合器58与个别室56a、56b相通以在经由泵42b及燃料进料导管44输送至电池前先混合流体金属及电解质成为“阳极糊”。多个个别支管46a-d从储存容器32将阳极糊送至多个相对应的电池元件48a-d。具有个别支管52a-d的类似导管50经由泵42a连接至储存容器32’。形成电源堆叠的电池元件以已知方式彼此电连接且经由接头53a、53b与外部应用相通。在操作期间。阳极金属与电解质分别自室56a、56b送出，在混合器58合并，并送至电池48a-d。当电池放电时，反应产物送至室50。通过将储存容器32’内的隔板54移动特定距离，在储存室58的反应产物的储存体积增加，而在室56a、56b的燃料成分的储存体积减少(具有20％的体积补偿)。在燃料消耗后，反应产物填满该储存容器32’的所有体积。如上所述再将该储存容器32’送至充电站。此种构造通过维持金属与电解质是分开的直到要在电池使用燃料来减少腐蚀的可能性。
图3A所示为前述的改进，储存容器32’的室58可被分隔成为子室58a、58b，且可在储存容器32’及导管50间提供分离器元件60。阳极金属及电解质废弃产物由分离器元件60分离成为个别的阳极金属及电解质成分，并再分别储存于子室58a、58b中。这些室类似于上述的金属及电解质供应室56a、56b。以此方式，在室58a的金属氧化物被还原成新的金属且电解质在室58b被再组成或置换。之后，操作循环如上所述反转。
现在参考图4，说明用于消费性电子用品如家用器具等的储存容器62。该储存容器62包括可挠曲槽(即塑胶)及固定隔板64，隔板64限定第一室66a及第二室66b以分别储存阳极材料及收集反应产物。在此实施方案中，施于槽壁的压力会强制使阳极材料自储存室66a经导管68至电化学电池(未示出)，反应产物经由第二导管70回到室66b。此“可压缩的”储存容器设计为具有足够厚度且具有足够弹性的壁，以允许在储存容器壁上的手的压力自储存容器“挤出”一定体积的燃料。虽然在附图中一个人的手被示意地画出，可预期的是可使用外界压缩装置。一个优选方法可以向储存室壁以“挤压作用”施加径向压力以均匀分配燃料。
现在参考图5，说明储存容器72的另一实施方案，其包括本体74、及柱塞76。该柱塞76包括具有密封组件79及限定相反可变化体积的室80a、80b的活塞78以提供上述详细讨论的功能。一对导管82、84分别与室80a、80b传送。柱塞76包括延伸的中空本体86及把手部份88以促进其握紧。导管84通过该中空本体86并与室80b如所示结合。如图中所示，当柱塞76前进至左侧，室80a的体积被减少，且室80b的体积同时增加，由此强制使新的燃料自室80a流出并允许反应产物或废弃物于室80b被收集。
要了解的是本发明的前述附图及叙述仅为了说明，且可预期其可由本领域技术人员进行明显的修改，而不偏离如所附权利要求限定的本发明范围。虽然实例是以金属空气槽及电池示意及说明，但本发明的单一储存容器可良好地通用于需要收集或储存废弃物或反应产物的任何能量转换装置。
权利要求
1.一种用于具有至少一个能量转换装置的能量转换系统的、储存一定量燃料及一定量排出物的储存容器，该储存容器包括容器本体，其可连接至该至少一个能量转换装置且包括用于分别储存一定量燃料及接收一定量排出物的位于该容器本体内的至少两个相反变化体积的室；以及减少所述第一室的体积而同时增加所述第二室的体积的装置。
2.一种能量转换系统，其包括储存容器，其包括用于分别储存一定量燃料及接收一定量排出物的位于该容器本体内的至少两个相反变化体积的室；用于减少所述第一室体积且同时增加所述第二室体积的装置。至少一个能量转换装置；用于传送所述至少一个能量转换装置与所述储存容器内所述第一室间的燃料的第一装置；及用于传送所述至少一个能量转换装置与所述储存容器内所述第二室间的排出物的第二装置。
3.如权利要求2的能量转换系统，其中所述至少一个能量转换装置包括含阴极的燃料电池元件，及调整所述储存容器用于储存一定量的电化阳极材料，以及一定量的反应产物。
4.如权利要求3的能量转换系统，其还包括用于在该储存容器内再生反应产物成为新的电化学阳极材料的装置；以及用于当新的阳极材料传送至该燃料电池元件且反应产物传送至该储存容器时改变所述第一及第二室的相应体积的装置。
5.如权利要求3的能量转换系统，其中用于传送的所述第一装置及用于传送的所述第二装置分别包括至少一个导管，其偶合所述至少一个燃料电池元件至所述储存室，每一个导管包括电绝缘阀以可选择性地使新的阳极材料及反应产物传送至/出彼此电连接的电池元件组中的单一燃料电池元件。
6.如权利要求3的能量转换系统，其中所述第一室包括用于容纳新的阳极材料的第一子室及用于容纳电解质的第二子室以用于所述至少一个燃料电池元件，且所述系统还包括在传送至所述至少一个燃料电池元件前，由相应的第一子室和第二子室混合新的阳极和电解质材料的装置。
7.如权利要求6的能量转换系统，其中所述第二室包括容纳阳极反应材料的第一子室及容纳废电解质的第二子室，且所述系统还包括将阳极反应材料及废电解质分离的装置。
8.如权利要求3的能量转换系统，其中所述阳极材料包括金属，且所述阴极包括空气去偏极元件。
9.如权利要求8的能量转换系统，其中所述阳极材料为由65重量％的金属颗粒、以及35重量％的凝胶电解质组成的流体糊。
10.如权利要求9的能量转换系统，其中所述凝胶电解质包括高达5％的聚丙烯酰胺、35％的KOH和水。
11.如权利要求3的能量转换系统，其中所述阴极包含在凝胶分离器元件中。
12.如权利要求1的能量转换系统，其中所述储存容器具有至少一个挠性壁且该系统包括用于压缩该挠性壁的装置以强制阳极材料自所述储存室离开并进入该至少一个燃料电池元件。
13.如权利要求3的能量转换系统，其中所述阴极包括金属发泡基底，其具有位于金属发泡基底的至少一个表面上的活性层及疏水的微孔气体扩散层。
14.一种在能量转换系统中用于供应燃料至能量转换装置并收集来自能量转换装置的排出物的方法，其包括以下步骤将储存容器连接至该能量转换装置，且储存容器具有至少两个室以分别供应一定量的燃料至该能量转换装置及自该能量转换装置接收排出物；以及在所述储存室中相反变化该第一及第二室的体积以供应燃料至所述能量转换装置及自该能量转换装置接收排出物。
15.如权利要求14的方法，其还包括以下步骤将所述容器与所述能量转换装置分开；在所述容器内将该排出物转变为燃料；以及再连接所述容器至所述能量转换装置以自所述第二室供应新燃料且在所述第一室收集排出物。
16.一种在燃料电池电力系统中供应燃料至至少一个燃料电池元件、以及自至少一个燃料电池元件收集反应产物的方法，其包括以下步骤；将具有至少两个室的储存容器连接至燃料电池，以分别供应阳极流体至该燃料电池元件并从该燃料电池元件接收反应产物；以及相反改变在该储存室中的所述第一及第二室的体积，以供应阳极流体至所述燃料电池及自所述燃料电池元件接收反应产物。
17.如权利要求16的方法，其还包括以下步骤将所述容器自所述燃料电池分离；将在所述第二室的反应产物转化为燃料；以及重新连接所述容器至所述燃料电池，以自所述第二室供应新的阳极流体至所述燃料电池及在所述第一室接收反应产物。
18.一种用于至少一个燃料电池组的燃料供应系统，其包括用于储存一定量的电化学阳极材料及一定量的反应产物的储存容器，该储存容器包括至少两个相反变化体积的隔离室；用于传送连接至所述储存容器中的至少一个电池与在所述储存容器中的所述第一室间的阳极材料的第一装置；用于传送该电池与所述储存容器中的所述第二室间的反应产物的第二装置；当新的阳极材料传送至所述电池及反应产物传送至所述储存容器时可改变所述第一及第二室的相应体积的装置。
19.如权利要求18的燃料供应系统，其还包括反应产物自该电池移出后，再生储存容器内的反应产物成为新的电化阳极材料的装置；以及当新的阳极材料传送至所述电池元件及反应产物传送至所述储存容器时可改变所述第一及第二室的相应体积的装置。
全文摘要
一种能量转换系统，其包括含至少二个相反变化体积的室(18a、18b)以分别储存一定量的燃料及接收一定量的排出物的储存容器(14)；一种用于减少第一室的体积，并同时增加第二室的体积的装置(22)；至少一个能量转换装置(12)；传送该至少一个能量转换装置与在该储存容器内该第一室间的燃料的第一装置(16)；及传送该至少一个能量转换装置与在该储存容器内该第二室间的排出物的第二装置。该储存容器可被输送至再充电/再填充位置或原位充电。金属一空气燃料电池电力系统的特定应用被示出并说明。
文档编号H01M6/50GK1441975SQ01812639
公开日2003年9月10日 申请日期2001年5月10日 优先权日2000年5月12日
发明者萨迪格·M·法瑞斯, 蔡则彬, 姚文斌, 张元民 申请人:瑞威欧公司