平板式燃料电池的周边耦合及相关方法与流程

平板式燃料电池的周边耦合及相关方法发明的优先权本申请要求2011年11月18日申请的、申请号为61/561629的美国临时专利申请的优先权，在此通过引用将其全部并入。技术领域本发明的主题涉及平板式燃料电池的周边耦合和相关方法和物品。

背景技术：
连续几代的便携式电子设备有尺寸更小同时提供的性能增强的趋势。由于电子元件被设计成尺寸上更小且包含尖端和复杂的技术，所以对相关电源的要求通常会增加。例如，电源可能需要占据较小的体积或占有较小的占地面积以使得整个设备可以容纳另外的技术或减小总体尺寸。此外，另外的技术可能要求电源持续更长的时间或以均匀的速率输送功率以获得稳定的电子元件性能。电源的一个例子是燃料电池系统。燃料电池系统可以包括一个或多个燃料电池层，每个层包括一个或多个阳极和阴极，电解质膜布置在(多个)阳极和(多个)阴极之间。小的、成层的燃料电池系统可以是坚固耐用的，同时适应减小的空间要求。存在对小的成层的燃料电池系统的需求，该燃料电池系统是坚固耐用的，同时符合现代的便携式电子设备的减小的空间要求。

技术实现要素：
在一些实施方式中，本发明包括燃料电池系统，其包括燃料电池层、第二结构和将燃料电池层结合到第二结构的粘合密封层。燃料电池层可以包括上燃料电池表面，和下燃料电池表面，和周边燃料电池表面。第二结构可以位于下燃料电池表面之下。粘合密封层可以粘附到上燃料电池表面结合区域，下燃料电池结合区域，周边燃料电池结合区域，和第二结构表面结合区域。在一些实施方式中，本发明包括利用本发明的燃料电池系统中的一种来产生电的方法。该方法包括提供一个或多个本发明的燃料电池系统，利用流体燃料给由燃料电池层和第二结构限定的包围结构(enclosure)增压，和使流体燃料与燃料电池层接触以产生电。在进一步的实施方式中，本发明包括制造燃料电池系统的方法。该方法包括提供燃料电池层和位于燃料电池层的下表面之下的第二结构。将耦合材料的至少一部分布置在第二结构上以形成耦合层。耦合层接触并粘附到上燃料电池表面、周边燃料电池表面和第二结构表面。附图说明在图中，相似的数字在全部几幅视图中描述了基本上类似的部件，这些图不一定是按比例绘制的。具有不同的字尾的相似数字代表基本上类似部件的不同实例。作为例子而并非作为限制，这些图大体上示出了在本文献中讨论的各种实施方式。图1和2分别表示燃料电池系统的分解图和横截面图；图3表示包括传统的粘合耦合层的系统的一部分的横截面图；图4表示系统的一部分的横截面图，该系统包括在两个主要侧面上封闭燃料电池层边缘的耦合层；图5表示系统的一部分的横截面图，其包括处于增压状态中的燃料电池系统；图6A-6C表示具有在此描述的本发明的耦合元件的燃料电池层的各种布置的横截面图；图7A和7B表示形成周边密封的方法的顺序描绘；图8A和8B表示制造具有周边密封的燃料电池系统的方法的顺序描绘；图9A和9B表示利用预先形成的耦合元件的各个部分形成周边密封的方法的顺序描绘。具体实施方式在所有下面的描述中，为了提供对本发明更彻底的了解而阐明了具体细节。然而，本发明可以在没有这些细节的情况下实施。在其他实例中，公知的要素未被示出或详细描述以便避免不必要地模糊本发明。通过例证的方式，附图示出了具体实施方式，其中可以实施本发明。这些实施方式可以组合，在不背离本发明范围的情况下，可以采用其他元件或者可以作出结构上的或逻辑上的变化。因而，说明书和附图被看作说明性的而非限制性的。在本文献中提到的所有出版物、专利和专利文献在此通过引用全部并入，就像通过引用单独并入一样。如果在本文献和通过引用而并入的那些文献之间有不一致的使用，那么在并入的引用文献中的使用应被看作对本文献的使用的补充；对于不可调和的矛盾，以本文献中的使用为准。在本文献中，术语“一”用来包含一个或多于一个，而不受任何其他的实例或“至少一个”或“一个或多个”的使用的限制。在本文献中，术语“或”用来表示非排他性的或，从而“A、B或C”包含“只有A”、“只有B”、“只有C”、“A和B”、“B和C”、“A和C”和“A、B和C”，除非另有说明。术语“在……上面”和“在……下面”用来描述关于复合物的中心的两个不同方向，术语“上部”和“下部”或“下”和“上”可以用来描述复合物的两个不同表面。然而，这些术语仅仅为了便于描述而使用，不应被理解为固定了所描述的实施方式的燃料电池层的方向。在所附的方面或权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等等仅仅用作标记，并不意味着对它们的对象强加数字性的要求。应该理解，在本文献中明确披露的任何数字范围应该包括该明确披露的范围的任何子集，就象这些子集范围也被明确披露一样；例如，披露的范围1-100也应该包括范围1-80，2-76，或落在1和100之间的任何其他数字范围。便携式电子设备(例如，移动式电话、便携式电脑、电脑附件、显示器、个人音频或视频播放器、医疗设备、电视、发射器、接收器、包括室外照明设备或手电筒的照明装置、电子玩具、电动工具或传统上使用电池的任何设备)倾向于变得尺寸上更小同时对性能的要求增加，因而，燃料电池系统可能需要只占据整个电子设备体积的一个小体积。对于紧凑型电源的驱动要求燃料电池具有高的比功率(即，功率密度)以在最小的可能空间内提供所要求的功率并使可用于燃料的体积最大化。优选地，除了尽可能小之外，燃料电池还具有有助于在便携式电源应用中良好地工作的整体形状。最好的形状倾向于是平板式的以使得燃料电池可以作为电源结合而不会对由燃料电池提供电力的整个系统的布局提出大的要求。当具有大功率输出的燃料电池构形为平板式的形式时，燃料电池的总表面积增加，其倾向于增加在内部产生的力，因为接触燃料电池的流体量会增加。这些力对平板式燃料电池的不同部分，例如用来将平板式燃料电池的各层保持在一起的周边密封部，施加应力。减小燃料电池系统的体积要求的燃料电池系统和方法之前已经在2008年9月25日申请的、名称为FUELCELLSYSTEMSINCLUDINGSPACE-SAVINGFLUIDPLENUMANDRELATEDMETHODS的、共同受让的公开号为2009/0081493的美国专利申请中描述过了，其公开内容在此通过引用全部并入。用于便携式应用中的燃料电池可以具有通气式阴极，其直接地或经由某一低压损导管暴露于周围环境。为了驱动燃料进入电池中和在高功率操作时经受住燃料消耗，燃料(其可以是气体或液体)可以相对于外部环境维持在某一正压。因而，成层的燃料电池结构包含至少部分地通过由各个层形成的构造所限定的燃料增压室，其必须被密封以防止燃料从系统泄漏。可以利用传统的面密封件来密封燃料电池系统的周边，但其要求通过对密封件施加某一力来启用(activation)(即，系统必须被从外部夹紧以防止泄漏)。替代地，某些自立式的(self-supported)燃料电池层尝试利用粘合密封元件创造非夹紧式的密封件。这些元件在燃料增压室被增压时承受显著的剥离负载。通过非夹紧式的密封件经受住这种负载是有挑战性的，特别是在燃料电池层由不同材料的复合物制成时，因为粘合材料可能不会以相同的结合力粘附到不同材料。例如，全氟磺酸(PFSA)型膜可以用于质子传导并且正在挑战利用粘合材料密封到第二结构。希望减少燃料电池系统中部件的数量，从而减小系统的总尺寸。例如，利用改进的周边密封可以消除或减小对外部夹具或密封装置的需求。本发明提供了改进的周边耦合，其容许平板式燃料电池被制造得尺寸更大或经受住更高的压力。本发明包括燃料电池系统，其包括能经受住施加的力而不需要任何外部支撑件或固定装置的自立式的周边耦合。这种耦合充当密封元件和结合元件。本发明提供了具有增大的机械强度的燃料电池系统。定义当用在本申请中时，“粘合材料”、“粘合密封”或“结合材料”是指一种物质，其通过作用在接触区域中的分子力结合到一个或多个部件。粘合材料可以包括聚氨酯、尿烷、环氧树脂、聚酰胺、聚酯、压力敏感型粘合剂、丙烯酸(acrylic)、氰基丙烯酸盐粘合剂、或其组合。当用在本申请中时，“耦合”是指便于两个物体的结合和密封的隐含的(impicit)或明确的部件。在一个例子中，隐含的耦合元件可以包括连接两个物体的密封粘合剂或焊接。明确的耦合元件例如可以包括机械紧固件。耦合可以包括粘合材料。当用在本申请中时，“柔性电化学层”是指全部或部分为柔性的电化学层，以便包含(embrace)例如具有一个或多个刚性部件的电化学层，所述刚性部件结合有一个或多个柔性部件。“柔性燃料电池层”是指一个层，其包括一个或多个集成到该层中的燃料电池。当用在本申请中时，“柔性二维(2-D)燃料电池阵列”是指在一个维度上薄并支撑若干燃料电池的柔性薄片。柔性二维燃料电池阵列可以是柔性燃料电池层的例子。燃料电池具有可从薄片的一个面或主要表面接近的一种类型的活性区域(例如阴极)和可从薄片的相反的面或主要表面接近的另一种类型的活性区域(例如阳极)。活性区域可以布置成位于它们相应的薄片面上的区域内(例如，整个薄片由活性区域覆盖不是强制性的，但是，燃料电池的性能可以通过增大其活性区域而提高)。2-D燃料电池阵列的形状可以是平的或弯曲的。当用在本申请中时，“平板式燃料电池层”是指在一个维度上薄的燃料电池层。平板式燃料电池层可以包括一个单元燃料电池或多于一个单元燃料电池。平板式燃料电池层可以是柔性的或刚性的并且其可以是平的或弯曲的。当...