CN1918736A - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

公开了燃料电池及操作燃料电池的方法。在一个方面，本发明的特征在于用于燃料电池的燃料源包括具有出口的外壳、其一部分处在外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面、以及外壳内的燃料。所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与出口流体连通。

Description

燃料电池
本发明涉及燃料电池及操作该电池的方法。
燃料电池是能够由典型地在两个或多个反应物之间发生的电化学反应提供电能的装置。通常，燃料电池包括称为阳极和阴极的两个电极和设置在所述电极之间的固体电解质。阳极包含阳极催化剂，阴极包含阴极催化剂。诸如膜电解质的电解质典型地为离子导电而非电子导电。可将电极与固体电解质设置在两个气体扩散层(GDL)之间。
在燃料电池工作期间，反应物流向合适的电极。在阳极，反应物(阳极反应物)与阳极催化剂相互作用并形成反应中间体，例如离子和电子。离子反应中间体可通过电解质由阳极流向阴极。然而，电子是通过电连接阳极和阴极的外部负荷由阳极流向阴极。当电子流过外部负荷时提供了电能。在阴极，阴极催化剂与其它反应物(阴极反应物)、在阳极上形成的中间体和电子相互作用以完成燃料电池反应。
例如，在一种类型的燃料电池(有时称为直接甲醇燃料电池(DMFC))中，阳极反应物包括甲醇和水，阴极反应物包括氧气(例如，来自空气)。在阳极，甲醇被氧化；在阴极，氧气被还原：
     (1)
        (2)
      (3)
如反应式(1)所示，甲醇的氧化生成二氧化碳、质子和电子。质子通过电解质由阳极流向阴极。电子通过外部负荷由阳极流向阴极，从而提供电能。在阴极，质子和电子与氧气反应生成水(反应式2)。反应式3显示总的燃料电池反应。
本发明涉及燃料电池及操作该电池的方法。
在一个方面，本发明的特征在于一个具有燃料源和燃料(如燃料凝胶)的燃料电池系统，如DMFC系统，所述燃料源包括蒸汽传输元件，所述燃料能够排放气相燃料。蒸汽传输元件能够提供高表面积，与燃料的相对恒定的界面，从而可提供相对恒定的燃料递送。此外，高表面积的界面与气相中的燃料递送的组合增强了燃料源的几何形状及定向灵活性。例如，燃料源不必匹配燃料电池的面积占用区域。蒸汽相燃料递送还可减弱燃料由阳极向阴极的移动(例如甲醇穿透)，这会造成寄生损失(和减少的运行时间)以及在阴极的混合电势(和减少的输出功率)。此外，燃料源能够以良好地防止泄漏的小体积设计提供这些特征。
在一些实施方案中，燃料电池系统包括一个或多个气体驱动器，所述气体驱动器可主动调节气相燃料的流动并进一步增强系统的性能，例如燃料源的定向灵活性。可供选择地或另外地，燃料电池系统可包括一个或多个调节气相燃料流动的限制机构。
在一个方面，本发明的特征在于用于燃料电池的燃料源，所述燃料源包括具有出口的外壳；其一部分处于外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与腔体流体连通的开口的表面；以及外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与出口流体连通。
实施方案可包括一个或多个以下特征。所述结构体包括细长管并且所述腔体是该管的内腔。所述外壳具有入口，并且所述燃料源还包括与入口流体连通的扩散管。外壳包括阻燃材料。所述外壳被构型以与燃料电池系统接合。所述开口被构型以减弱非气体燃料流过该开口。所述燃料源在外壳内包括多个结构体。所述结构体包括疏水材料。所述燃料源还包括与出口和/或阀门(如狭口阀)流体连通的扩散管，这些出口和/或阀门能够选择性地减弱流体流过扩散管。所述燃料源还包括与燃料流体连通的二氧化碳吸气剂。所述燃料包括凝胶和/或液体。所述燃料包含醇，例如甲醇。
在另一个方面，本发明的特征在于燃料源，所述燃料源包括具有出口的外壳；其多个部分处在外壳内的多个细长管，每个管限定内腔并具有限定多个开口的表面；以及在外壳内包括凝胶的燃料，所述燃料通过管的开口及内腔与出口流体连通，其中所述燃料源被构型以与燃料系统流体连通。所述燃料可包含甲醇。
在另一个方面，本发明的特征在于燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池；与燃料电池流体连通的燃料源，述燃料源包括含醇的燃料；以及沿着流体流动通道处于燃料电池和燃料源之间的气体驱动器。
实施方案可包括一个或多个以下特征。所述燃料源包括具有出口的外壳，且气体驱动器(如鼓风机)沿着流体流动通道处于出口和燃料电池之间。燃料源包括具有入口的外壳，且气体驱动器沿着流体流动通道处于入口和燃料电池之间。燃料电池系统还包括沿着流体流动通道处于燃料电池和燃料源之间的扩散管。燃料电池系统还包括沿着流体流动通道处于燃料电池和燃料源之间的阀门。所述燃料源包括凝胶。
燃料源可包括具有出口的外壳、所述外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面、以及在所述外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与出口流体连通。
燃料源可包括具有出口的外壳；在所述外壳内的多个细长管，每个管限定内腔并具有限定与所述内腔流体连通的多个开口的表面；以及在所述外壳内包括凝胶的燃料，所述燃料通过所述管的开口及内腔与出口流体连通。
在另一个方面，本发明的特征在于操作燃料电池系统的方法，所述方法包括使燃气流过其一部分处在燃料源内的结构体的开口及腔体；并使燃气接触燃料电池的阳极。
实施方案可包括一个或多个以下特征。所述方法包括使燃气流过其多个部分处在燃料源内的多个结构体的多个开口及多个腔体。所述结构体包括细长管。所述方法还包括使燃气流过扩散管；用阀门限制燃气；将燃气由燃料源鼓风至燃料电池；和/或将气体由燃料电池系统的出口鼓风至燃料源，并使所述气体接触燃料。燃料源包括液体燃料或凝胶燃料，例如包括甲醇的一种燃料。
在另一个方面，本发明的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括将燃气从燃料源鼓风至燃料电池，所述燃料源包含醇；并使燃气接触燃料电池的阳极。
实施方案可包括一个或多个以下特征。所述方法还包括使燃气流过扩散管和/或减弱燃气的流动。燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。
在另一个方面，本发明的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括将气体从燃料电池系统的出口鼓风至燃料源；并使气体与燃料源中的燃料接触，所述燃料包含醇。
所述方法还包括使气体流过扩散管，使气体接触干燥剂或二氧化碳吸气剂，和/或减弱气体的流动。燃料源可包括液体燃料或凝胶燃料。
在另一个方面，本发明的特征在于一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括使燃气流过其多个部分处在燃料源内的多个结构体的多个开口及多个腔体；将燃气从燃料源鼓风至燃料电池；并使燃气接触燃料电池的阳极。
实施方案可包括一个或多个以下特征。所述方法还包括使燃气流过扩散管；减弱燃气的流动；将出口气体由燃料电池鼓风至燃料源，并使出口气体接触燃料源内的燃料；使出口气体流过扩散管；和/或减弱出口气体的流动。所述燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。
通过所述附图、说明和权利要求，本发明的其它方面、特征和优点将显而易见。
图1是燃料电池系统的一个实施方案的示意图。
图2是燃料源的一个实施方案的图示。
图3是燃料源的一个实施方案的示意图。
图4是燃料源的一个实施方案的示意图。
图5是燃料源的一个实施方案的图示。
图6A、6B和6C是气体扩散器的图示。
参照图1，示出的是燃料电池系统20，例如直接甲醇燃料电池(DMFC)系统。燃料电池系统20包括燃料电池组22；与燃料电池组流体连通的燃料源24(例如，包含甲醇的盒子)；与燃料电池组和燃料源流体连通的两个气体驱动器26和28；以及空气驱动器30。为了图示说明的目的，燃料电池组22显示具有一个燃料电池32(下文进行描述)，但在其它实施方案中，燃料电池组包括多个燃料电池32，例如串连或并联排列。简单地讲，燃料电池32包括阳极34、阴极36和位于阳极与阴极之间的电解质38。燃料电池32还包括设置在电解质38、阳极34和阴极36组件每一侧上的气体扩散层(GDL)40和42。将空气驱动器30布置为有利于阴极反应物(如空气)流向阴极36，以及阴极产物(如水)从阴极流出。将气体驱动器26和28布置为有利于阳极反应物(如甲醇和水)由燃料源24流向阳极入口54，以及阳极产物(如二氧化碳)从阳极出口56流出(如所示，流向燃料源)。
参照图2，燃料源24被构型以将蒸汽相燃料递送至燃料电池组22。如所示，燃料源24是包括外壳44的棱柱形盒形式，所述外壳44具有入口47和出口53。在外壳44内，燃料源24包括燃料48以及燃料中(例如，被燃料所包围)的一个或多个(如所示，四个)蒸汽传输元件46。在一些实施方案中，蒸汽传输元件46是细长结构体，其具有限定腔体50并穿孔有一个或多个开口52的外表面。腔体50和开口52与入口47及出口53流体连通。蒸汽传输元件可为例如限定内腔的末端开口的穿孔管状结构体，并且在其它实施方案中，蒸汽传输元件可具有任何横截面构型(例如，三角形、正方形、矩形、或具有3、4、5、6、7、8或更多边的规则或不规则多边形)。蒸汽传输元件46可基本沿外壳44的整个长度或其一部分延伸。蒸汽传输元件的横截面宽度或直径可为约0.01微米至约10mm(例如约1mm至约5mm，如约1mm)。燃料源24可包括相同尺寸和构型或不同尺寸和/或构型的蒸汽传输元件46。蒸汽传输元件46可由诸如聚丙烯的材料制成，所述材料可长期稳定地暴露于燃料48。在一些情况下，例如在DMFC系统中，用于形成蒸汽传输元件46的材料为疏水的，以减小水冷凝的可能性，从而保持水在蒸汽相中。
开口52的尺寸容许气体燃料通过所述开口，同时防止非气体燃料(如液体燃料)通过，例如，由于表面张力。开口52可为例如圆形、椭圆形、具有3、4、5、6、7、8或更多边的规则或不规则多边形。在一些情况下，开口52的平均宽度或直径为约0.001mm至约5mm；例如，平均宽度或直径可大于或等于约0.05mm、0.5mm、1mm或3mm，和/或小于或等于约5mm、3mm、1mm、0.5mm或0.05mm。开口52可以规则图案排列或随机排列在蒸汽传输元件46上。
燃料源24可包括任何数目的蒸汽传输元件46或所述元件的任何排列。蒸汽传输元件46可不规则或规则排列，例如排列成行或成列。蒸汽传输元件46可互相接触和/或接触外壳44的内表面。在一些实施方案中，蒸汽传输元件46互相间隔开和/或与外壳44间隔开。例如，可利用塑料线框架或支架将蒸汽传输元件46保持在预定位置。所述框架或支架还容许在保持蒸汽传输元件46的位置的同时用燃料48填充燃料源24。如果在填充燃料后去除所述框架或支架，蒸汽传输元件46可随着燃料48在使用期间的消耗而移动并互相接触。
燃料48能够向燃料电池组22提供气体形式的燃料。燃料48，例如包括醇(如甲醇和/或乙醇)或烃的燃料，可为液体或凝胶形式，其具有的蒸汽压足以向电池组22提供气体燃料。燃料凝胶是能够排放出纯的或高浓度的气相燃料分子的粘稠物质(例如，约5×10-5至200Pa□s(0.05至约200,000厘泊))。粘度可为例如大于或等于约10、25、50、100或150Pa□s(约10,000、25,000、50,000、100,000或150,000厘泊)；和/或小于或等于约200、150、100、50或25Pa□s(约200,000、150,000、100,000、50,000或25,000厘泊)。燃料凝胶组合物的一个实例包括燃料(如甲醇)；稀释剂(如去离子水)；增稠剂(如CarbopolEZ-3，一种酸性的、疏水改性的交联聚丙烯酸酯粉末)；以及中和剂(如三异丙醇胺)。其它燃料凝胶描述于Noveon的文献，该文献描述了使用丙烯酸聚合物(Carbopol)流变改性剂(由BF Goodrich制造)的实例；并用烹饪燃料示例说明(例如，购自Sterno，配方实例由Noveon列出)。可将具有足够高粘度的燃料凝胶限制在外壳44内，例如，通过使用塑料网栅(未示出)。如图2所示，限制燃料48以限定两个末端空间51，该空间提供燃料蒸汽可由此排放出的两个界面。使用期间，气相燃料分子能够由燃料48流出，经过蒸汽传输元件的开口52和腔体50，经过出口53，到达燃料电池32的阳极34。
使用与能够提供气相燃料的燃料组合的蒸汽传输元件46可提高所述燃料在燃料电池系统20中的递送及其性能。蒸汽传输元件46可在任何几何形状的燃料源内提供与燃料48的高表面积的界面，而不增加燃料源的占用区域。例如，在一个4×8×1cm的棱柱形燃料盒(体积为32cc)中，对燃料盒的某些设计，该盒的大面积占用区域的表面积为32cm2。相比之下，使用四个蒸汽传输元件(例如，直径2mm，长度略小于8cm，50％可透过)可得到两个4×1cm的矩形界面(来自末端空间51，共8cm2)，加上蒸汽传输元件提供的面积(每个略小于2.5cm2)，总面积略小于18cm2。对于十个蒸汽传输元件，总表面积略小于33cm2(元件的略小于25cm2，加上两个界面的8cm2)，而体积为约2.5cc(小于燃料盒体积的10％)。此外，通过提供与燃料48的高表面积的界面，而不必增加出口53的横截面积，蒸汽传输元件46增强了燃料源24的灵活性，例如，依据其几何形状和/或相对燃料电池组22的定向。燃料源24不必具有与燃料电池32相同的面积占用区域(即，基本相当于阳极34的活性区域)以获得良好性能。此外，由于蒸汽传输元件46可接触燃料48，蒸汽传输元件46和燃料之间的界面可保持相对恒定，例如，燃料不撤离出蒸汽传输元件。因此，随着燃料48在使用期间被消耗，燃料源24能够保持恒定的燃料递送速率，从而使燃料电池组22能够提供恒定的功率输出。此外，燃料源24能够以具有良好防止泄漏的相对简单(例如，没有移动部件)的小体积设计提供上述特征，尤其是当燃料48包括凝胶时。
此外，燃料系统20的性能可通过采用气体驱动器26和28的一个或两个进一步增强。气体驱动器26和28调节气体流进和流出燃料电池组22，并进一步使燃料源24相对于燃料电池组22的定向更灵活。气体驱动器26置于燃料源24的出口48和燃料电池组22的阳极入口54之间的气体流动通道内。气体驱动器26能够有利于(例如吸引)气相燃料由蒸汽传输元件46流至燃料电池32。气体驱动器28置于燃料电池组22的阳极出口56和燃料源24的入口46之间的气体流动通道内。气体驱动器28能够有利于阳极出口气体(例如未反应的燃料、二氧化碳和水)由燃料电池32流至燃料源24，例如来循环水。气体驱动器26和28可为例如鼓风机，如具有直流电机(购自中国温州的Kot′l JinLong Machinery)和叶轮的一种鼓风机。在其它实施方案中，气体驱动器26和28可为隔膜泵及其变型，或蠕动泵。泵的实例描述于U.S.6,274,261、WO 00/36696、WO 01/97317、WO 01/97318、WO 01/97319和WO 02/31906中，所有这些专利据此全文引入本文以供参考。气体驱动器26和/或28可为燃料电池组22的整体部件，位于电池组之内或之上，或者气体驱动器可为燃料源24的部件。
在一些实施方案中，燃料电池系统20包括一个或多个限制机构，当燃料电池系统没有使用时，所述限制机构部分地或完全地减弱(如隔离)气体流出和流入燃料源24。限制气体流入和流出燃料源24可减弱燃料48的降解(如，被空气氧化)及燃料的不必要蒸发。限制机构的实例包括压敏阀，例如由聚合物膜制成的狭口阀，或突开阀。当存在压差(例如当气体驱动器26和/或28被启动)时，压敏阀会自动打开，并且当压差消除(例如，气体驱动器不起作用)时关闭。压敏阀描述于例如2002年9月6日提交的U.S.S.N.10/236,126中。限制机构的其它实例包括重力驱动瓣阀、机电阀或机械阀，例如手动操作的闩锁或阀门。限制机构可以任何组合延伸穿过燃料源24的入口47和/或出口53的横截面，或穿过燃料电池组22的任何入口和/或出口。
可供选择地或另外地，参照图3和4，限制机构可包括任何组合的与燃料源24的入口47和/或出口48流体连通和/或穿过燃料电池组22的任何入口和/或出口的扩散管49。扩散管是具有足够长腔体或内腔的结构体，从而缺少驱动力(例如，来自气体驱动器)时，通过该管的气体扩散足够低以提供一个有效的阀门。在一些实施方案中，扩散管的长度大于盒子长度的约一半至盒子的整个长度。可采用不止一个扩散管，例如，通过在盒子外部两侧提供歧管，以及多个入口和出口。扩散管还描述于1999年9月21日提交的U.S.S.N.09/400,020,以及美国专利5,560,999和5,721,064中。在一些实施方案中，扩散管包括一个或多个延伸穿过该管横截面的限制机构(如，狭口阀或瓣阀)。限制机构可缩短扩散管的长度和/或增强燃料源24的隔离。扩散管可为燃料源24的部件(例如，在外壳44内部或外部整体成形)或燃料电池组32的集成部件。上述限制机构可用于具有或没有气体驱动器26和28的燃料电池系统。
空气驱动器30被构型以有利于阴极反应物(如氧气)流向阴极36以及阴极产物(如水)流出阴极。空气驱动器30可与气体驱动器26或28，例如鼓风机相同。
再次参照图1，现在将描述燃料电池32的实例。燃料电池32包括电解质38、粘合在电解质第一侧面上的阳极34、以及粘合在电解质第二侧面上的阴极36。电解质38、阳极34和阴极36设置在气体扩散层(GDL)40和42之间。
电解质38应当能够容许离子流过，同时基本阻止电子的流动。在一些实施方案中，电解质38是固体聚合物(例如，固体聚合物离子交换膜)，例如固体聚合物质子交换膜(如包含磺酸基团的固体聚合物)。此类膜以商标NAFION商购自E.I.DuPont de NemoursCompany(Wilmington，DE)。可供选择地，电解质38也可由购自W.L.Gore & Associates(Elkton，MD)的商业产品GORE-SELECT制备。
阳极34可由能够与甲醇和水相互作用以生成二氧化碳、质子和电子的物质例如催化剂来形成。此类物质的实例包括例如铂、铂合金(如Pt-Ru、Pt-Mo、Pt-W或Pt-Sn)、分散在碳黑上的铂。阳极34还可包括电解质，例如离聚物材料，如NAFION，其容许阳极传导质子。可供选择地，将悬浮液施用到面向固体电解质38的气体扩散层(在下文描述)的表面上，然后干燥悬浮液。制备阳极34的方法还可包括利用压力和温度来实现粘结。
阴极36可由能够与氧气、电子和质子相互作用以生成水的物质例如催化剂来形成。此类物质的实例包括例如铂、铂合金(如Pt-Co、Pt-Cr或Pt-Fe)以及分散在碳黑上的贵金属。阴极36还可包括电解质，例如离聚物材料，如NAFION，其容许阴极传导质子。阴极36可根据以上关于阳极34的描述进行制备。
气体扩散层(GDL)40和42可由气体和液体均可透过的材料形成。合适的GDL购自多家公司，例如Etek，Natick，MA；SGL，Valencia，CA；和Zoltek，St.Louis，MO。GDL 40和42可为导电的，从而电子可由阳极34流至阳极流场板(未示出)，并由阴极流场板(未示出)流至阴极36。
直接甲醇燃料电池和燃料电池系统的其它实施方案，包括使用方法，被描述于例如“Fuel Cell Systems Explained”，J.Laraminie，A.Dicks，Wiley，New York，2000；“Direct Methanol Fuel Cells：From a Twentieth Century Electrochemist′s Dream to aTwenty-first Century Emerging Technology”，C.Lamy，J.Leger，S.Srinivasan，Modern Aspects of Electrochemistry，第34期，J.Bockris等人编辑，Kluwer Academic/Plenum Publishers，NewYork(2001)pp 53-118；和“Development of a Miniature Fuel Cellfor Portable Applications”，S.R.Narayanan，T.I.Valdez andF.Clara，摘自Direct Methanol Fuel Cells，S.R.Narayanan，S.Gottesfeld and T.Zawodzinski，编辑，Electrochemical SocietyProceedings，2001-4(2001)Pennington，NJ，所有这些均据此引入以供参考。
其它实施方案
燃料源24的外壳44可为能够与燃料电池或燃料电池组接合并向其提供燃料的任何构型。例如，参照图5，燃料源24′包括入口47′和出口53′，所述入口和出口被构型以与燃料电池或燃料电池组的相应入口和出口接合，例如扣合或锁合。燃料源24′可包括上述任何一个或多个限制机构。
在一些实施方案中，燃料源24的外壳44包括(例如，由包括其的组合物形成)阻燃剂(如CN-2616，一种购自Great Lakes Chemical公司的氮-磷膨胀化合物)以降低燃料源的易燃性。
阳极入口54可包括一个或多个特征以增强燃料在阳极54活性区域上的均匀分配。例如，参照图6A、6B和6C，燃料电池系统可包括一个或多个气体扩散器60、62和/或64用于有效的蒸汽流动。气体扩散器可为例如截头圆锥体构件(图6A)、平板(图6B)或筛网(图6C)，其与阳极入口54接合或在阳极入口54附近。当气体流出阳极入口54并进入阳极室时，气体分散在阳极室内以减小低燃料浓度区域(相对于沿着MEA表面的其它区域)的发生。气体扩散器可与燃料源、燃料电池或燃料电池组成为一体。气体扩散器可用在燃料电池系统的阴极侧上。从单一入口进料分散阳极和/或阴极气体的其它方法包括将入口分成多个端口，例如使用歧管。
在一些实施方案中，燃料电池系统只包括一个气体驱动器，例如，气体驱动器26或气体驱动器28。
在一些实施方案中，本文所述的燃料电池系统包括一个或多个排放控制系统，例如描述于2003年5月14日提交的普通转让的U.S.S.N.10/438,031中的那些。简单地讲，排放控制系统能够降低释放到环境中的未反应燃料及部分氧化产物(如，甲醛和/或甲酸)的含量。排放控制系统(包括它们在燃料电池系统中的放置)的实施方案描述于U.S.S.N.10/438,031中。
可供选择地或另外地，燃料电池系统可包括能够降低燃料电池组22排放二氧化碳的材料(如，吸气材料)。诸如氧化钙的吸气材料可位于沿着出口56下游的流体流动通道的任何位置。例如，燃料源24可在外壳44内包含吸气材料。
在一些实施方案中，蒸汽传输元件不包括任何开口。蒸汽传输元件可由气体可透过但液体不可透过的材料形成，例如膨化聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚苯乙烯和聚乙烯膜，如美国专利申请公布US2003/0215686A1中所述，和Lim等人的Gas Permeable MembranesComposed of Carboxylated Poly(vinyl chloride)andPolyurethane，Bull.Korean Chem.Soc.1999，第20卷，第6期，第672至676页，据此引入以供参考。气体可透过但液体不可透过的材料可用于凝胶燃料和/或液体燃料。由气体可透过但液体不可透过材料形成的蒸汽传输元件可用于本文所述的燃料源或燃料电池系统的任何实施方案。
实施例
以下示例性的实施例描述了制备燃料凝胶的方法。所述燃料凝胶包括按重量计约75.0％的甲醇；按重量计约24.0％的去离子水；按重量计约0.5％的Carbopol EZ-3；和按重量计约0.5％的三异丙醇胺。
将Carbopol EZ-3增稠剂加入到水中，无需搅拌，并容许浸湿几分钟。然后在搅拌下加入甲醇。然后在搅拌下加入溶融的三异丙醇胺。在该步骤之后也可加入其它添加剂(例如阻燃剂，如CN-2616)。加入三异丙醇胺后，形成清澈凝胶，可将该凝胶倾倒或抽吸到燃料盒内，容许冷却且进一步凝胶化。
本文涉及到的所有参考文献，例如专利申请、公布和专利均全文引入本文以供参考。
其它实施方案在权利要求书中。

Claims (57)

1.一种用于燃料电池的燃料源，所述燃料源包括：
具有出口的外壳；
其一部分处在所述外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面；和
在所述外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口和腔体与所述出口流体连通。
2.如权利要求1所述的燃料源，其中所述结构体包括细长管并且所述腔体是所述管的内腔。
3.如权利要求1所述的燃料源，其中所述开口被构型以减少非气体燃料流过所述开口。
4.如权利要求1所述的燃料源，所述燃料源在所述外壳内包括多个结构体。
5.如权利要求1所述的燃料源，其中所述结构体包括疏水材料。
6.如权利要求1所述的燃料源，所述燃料源还包括与所述出口流体连通的扩散管。
7.如权利要求6所述的燃料源，所述燃料源还包括能够选择性地减弱流体流过所述扩散管的阀门。
8.如权利要求1所述的燃料源，所述燃料源还包括能够选择性地减弱流体流过所述出口的阀门。
9.如权利要求8所述的燃料源，其中所述阀门包括狭口阀。
10.如权利要求1所述的燃料源，其中所述外壳具有入口，并且所述燃料源还包括与所述入口流体连通的扩散管。
11.如权利要求1所述的燃料源，其中所述燃料包括凝胶。
12.如权利要求1所述的燃料源，其中所述燃料包括液体。
13.如权利要求1所述的燃料源，其中所述燃料包含醇。
14.如权利要求13所述的燃料源，其中所述燃料包含甲醇。
15.如权利要求1所述的燃料源，所述燃料源还包括与所述燃料流体连通的二氧化碳吸气剂。
16.如权利要求1所述的燃料源，其中所述外壳包括阻燃材料。
17.如权利要求1所述的燃料源，其中所述外壳被构型以与燃料电池系统接合。
18.一种燃料源，所述燃料源包括：
具有出口的外壳；
其多个部分处在所述外壳内的多个细长管，每个管限定内腔并具有限定多个开口的表面；和
在所述外壳内包括凝胶的燃料，所述燃料通过所述管的开口和内腔与所述出口流体连通，
其中所述燃料源被构型以与燃料系统流体连通。
19.如权利要求18所述的燃料源，其中所述燃料包含甲醇。
20.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
燃料电池；
与所述燃料电池流体连通的燃料源，所述燃料源包括含醇的燃料；和
沿着流体流动通道处于所述燃料电池和所述燃料源之间的气体驱动器。
21.如权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述燃料源包括具有出口的外壳，并且所述气体驱动器沿着所述流体流动通道处于所述出口和所述燃料电池之间。
22.如权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述燃料源包括具有入口的外壳，并且所述气体驱动器沿着所述流体流动通道处于所述入口和所述燃料电池之间。
23.如权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述气体驱动器包括鼓风机。
24.如权利要求20所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括沿着流体流动通道处于所述燃料电池和所述燃料源之间的扩散管。
25.如权利要求20所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括沿着流体流动通道处于所述燃料电池和所述燃料源之间的阀门。
26.如权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述燃料源包括凝胶。
27.如权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述燃料源包括具有出口的外壳、在所述外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并具有限定与所述腔体流体连通的开口的表面、以及在所述外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口及腔体与所述出口流体连通。
28.如权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述燃料源包括具有出口的外壳；在所述外壳内的多个细长管，每个管限定内腔并具有限定与所述内腔流体连通的多个开口的表面；以及在所述外壳内包括凝胶的燃料，所述燃料通过所述管的开口及内腔与所述出口流体连通。
29.一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括：
使燃气流过结构体的开口及腔体，所述结构体的一部分处在燃料源内；和
使所述燃气接触燃料电池的阳极。
30.如权利要求29所述的方法，所述方法包括使所述燃气流过多个结构体的多个开口及多个腔体，所述结构体的多个部分处在所述燃料源内。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述结构体包括细长管。
32.如权利要求29所述的方法，所述方法还包括使所述燃气流过扩散管。
33.如权利要求29所述的方法，所述方法还包括用阀门限制所述燃气。
34.如权利要求29所述的方法，所述方法还包括将所述燃气从所述燃料源鼓风至所述燃料电池。
35.如权利要求29所述的方法，所述方法还包括将气体从所述燃料电池系统的出口鼓风至所述燃料源，并使所述气体接触燃料。
36.如权利要求29所述的方法，其中所述燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。
37.如权利要求29所述的方法，其中所述燃料源包括含甲醇的燃料。
38.一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括：
将燃气从燃料源鼓风至燃料电池，所述燃料源包含醇；和
使所述燃气接触所述燃料电池的阳极。
39.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括使所述燃气流过扩散管。
40.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括减弱所述燃气的流动。
41.如权利要求38所述的方法，其中所述燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。
42.一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括：
将气体从所述燃料电池系统的出口鼓风至燃料源；和
使所述气体与所述燃料源内的燃料接触，所述燃料包含醇。
43.如权利要求42所述的方法，所述方法还包括使所述气体流过扩散管。
44.如权利要求42所述的方法，所述方法还包括使所述气体接触干燥剂或二氧化碳吸气剂。
45.如权利要求42所述的方法，所述方法还包括减弱所述气体的流动。
46.如权利要求42所述的方法，其中所述燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。
47.一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括：
使燃气流过多个结构体的多个开口及多个腔体，所述结构体的多个部分处在燃料源内；
将所述燃气从所述燃料源鼓风至燃料电池；和
使所述燃气接触所述燃料电池的阳极。
48.如权利要求47所述的方法，所述方法还包括使所述燃气流过扩散管。
49.如权利要求47所述的方法，所述方法还包括减弱所述燃气的流动。
50.如权利要求47所述的方法，所述方法还包括将出口气体从所述燃料电池鼓风至所述燃料源，并使所述出口气体接触所述燃料源内的燃料。
51.如权利要求50所述的方法，所述方法还包括使所述出口气体流过扩散管。
52.如权利要求50所述的方法，所述方法还包括减弱所述出口气体的流动。
53.如权利要求49所述的方法，其中所述燃料源包括液体燃料或凝胶燃料。
54.一种用于燃料电池的燃料源，所述燃料源包括：
具有出口的外壳；
其一部分处在所述外壳内的结构体，所述结构体限定腔体并包括气体可透过但液体不可透过的材料；和
在所述外壳内的燃料，所述燃料通过所述结构体的开口和腔体与所述出口流体连通。
55.如权利要求54所述的燃料源，其中所述气体可透过但液体不可透过的材料包含聚四氟乙烯。
56.如权利要求54所述的燃料源，其中所述燃料包括液体或凝胶。
57.如权利要求54所述的燃料源，所述燃料源在所述外壳内包括多个结构体。
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