JP2009522734A - 携帯用燃料電池システムおよびそのための方法 - Google Patents

Abstract

数ある中で、燃料電池、燃料貯蔵部、集電回路、プレナム、またはシステムカバーのうちの１つ以上を含む燃料電池。燃料貯蔵部は燃料を貯蔵するように構成され、燃料出力圧力を制御するための調整器および燃料補給ポートを含んでもよい。燃料貯蔵部の面は、第１の燃料電池部分に隣接して位置してもよい。集電回路は、燃料電池の電力を受け取り、分配するように構成され、第２の燃料電池部分に隣接して位置してもよい。燃料貯蔵部および第１の燃料電池部分が連結される際に、または１つ以上の柔軟な燃料壁によって、プレナムが形成されてもよい。システムカバーにより空気がシステム内に入り、プレナム内の燃料圧力と混合する際、燃料電池と集電回路との間の接触を促してもよい。
【選択図】図２

Description

＜発明の優先＞
本非仮出願は、２００６年１月９日付申請の米国仮特許出願番号第６０／７５７，７５０号に対し、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下の優先権を主張し、その全ての内容はここに参照することで援用される。

＜技術分野＞
本特許文書は概して燃料電池に関連し、より詳細には、限定するものではないが、携帯用またはマイクロ燃料電池システム、およびそのための方法に関連する。

＜背景＞
燃料電池は、燃料および酸素を利用して電気を精製する電気化学エネルギー変換装置である。燃料電池は、燃料が存在する限り持続的に作動する。水素を燃料として使用する際、唯一の副産物は水蒸気である。燃料電池の変換反応は電気化学的に発生し、エネルギーは電気エネルギーおよび熱の組合せとして放出される。電気エネルギーは直接的に有用な仕事をすることができ、その一方で熱を分散させることもできる。

（数ある中で）携帯電話およびノートパソコンなどの携帯用電気装置は、作動するために著しい量の電気を必要とする。現在これらの装置に電力を提供する主要および随意的補助電池は、性能限界に達しつつある。それ自体では、電池源は、より一層電力を必要とすると考えられる将来の携帯用装置に必要な電力を、提供することができないかもしれない。燃料電池は、伝統的な電池に代わる実行可能な電源であるが、比較的大型で、エネルギー密度水準が低く、出力が不十分であることによって、現在限定的である。現燃料電池のこれらの欠点は、数ある中でも、現燃料電池部品の不恰好な一体化、および電気装置内の必需品配置の結果である。

当該技術の前述した状態を認識した上で、包括的システム内部で高エネルギー密度を維持し、十分な出力を提供することができる携帯用燃料電池システムを提供する本主題の着想を得、本文書に関連する文章および図面に記述する。

＜開示＞
本主題の実施形態は燃料電池システムに関する。一例には、燃料電池システムは、陽極、陰極、およびそれらの間に配置される電解質を含む、少なくとも１つの燃料電池または燃料電池層と、燃料または燃料貯蔵材と、燃料貯蔵部が燃料または燃料貯蔵材を貯蔵するように構成される少なくとも１つの燃料電池、あるいは燃料電池層の第１の部分に隣接して位置する少なくとも１つの面を含む燃料貯蔵部と、集電回路が燃料電池または燃料電池層によって発生する電流を受け取り、分配するように構成される少なくとも１つの燃料電池、あるいは燃料電池層の第２の部分と接触する集電回路と、少なくとも１つの燃料貯蔵面、および少なくとも１つの燃料電池または燃料電池層の第１の部分の間に配置される燃料プレナムとを含む。

別の例では、燃料電池システムは、燃料貯蔵部、システムカバー、閉鎖領域、および少なくとも１つの燃料電池を含む。燃料貯蔵部は、燃料または燃料貯蔵材を貯蔵するように構成される。システムカバーは、燃料貯蔵部と取り付け可能なように構成され、それによってその中に閉鎖領域を形成する。少なくとも１つの燃料電池は、燃料電池の陽極または陰極を備える１つ以上の柔軟壁を含む。柔軟壁は、反応体プレナムを形成するように構造的に配設され、加圧される際、燃料貯蔵部またはシステムカバーのうちの１つ、または両方の一部によって支持される。

また本主題の実施形態は、燃料電池システムを製作する方法にも関する。一方法は、燃料電池または燃料電池層を形成するステップと、それらの間で燃料プレナムを形成するように、燃料貯蔵部を燃料電池または燃料電池層の第１の部分と連結するステップと、集電回路を燃料電池または燃料電池層の第２の部分に隣接して配置するステップと、集電回路を前記燃料電池の第２の部分に隣接して配置するステップと、少なくとも１つの空気出入ポートを有するシステムカバーを、集電回路、燃料電池または燃料電池層、あるいは燃料貯蔵部の一部のうちの１つ以上に配置するステップであって、少なくとも１つの空気出入ポートを、燃料電池または燃料電池層の第２の部分の近傍に位置させるステップを含むステップと、システムカバーを燃料貯蔵部と連結させるステップとを含む。

別の方法は、その中に燃料を貯蔵するように構成される燃料貯蔵部を形成するステップと、閉鎖領域を形成するステップを含む、システムカバーを燃料貯蔵部の一部と連結するステップと、少なくとも１つの反応体プレナムを形成するように、１つ以上の柔軟な燃料電池壁を配設するステップを含む、少なくとも１つの燃料電池を閉鎖領域に配置するステップとを含む。種々の例では、燃料貯蔵部およびシステムカバーを形成するステップは、１つ以上の柔軟な燃料電池壁に対する支持部を形成するステップを含む。

本システムおよび方法のこれらの、あるいはその他の側面と、利点と、特徴とは、以下の説明および関連する図面の熟慮から明らかとなるであろう。

＜詳細な説明＞
以下の詳細な説明は付随する図面の参照を含み、詳細な説明の一部を形成する。図面は、図解のために、本システムおよび方法を実践してもよい具体的実施形態を示す。これらの実施形態は、同様に「例」として本願で参照され、当業者が本システムおよび方法を実践することが可能であるのに十分詳細に説明される。本システムおよび方法の範囲から逸脱することなく、実施形態を組み合わせるか、その他の実施形態を利用するか、または構造上および論路的変更を行ってもよい。以下の詳細な説明には、それゆえ限定の意はなく、本システムおよび方法の範囲は添付の請求項およびそれらと同等のものによって定義される。

本文書では、用語「１つ」または「一」は、１または１より大きい数字を含むよう使用され、用語「または／あるいは」は、指示がない限りは非排他的意味を指す。加えて、本願で用いる表現または専門用語、およびその他定義されていない用語は、説明のみの目的であって、限定の目的ではないことは理解されるものとする。

携帯電話、衛星電話、ノートパソコン、コンピュータ付属品、画面、個人用音声または映像プレーヤー、医療装置、テレビ、送信機、受信機、アウトドア用の照明または懐中電灯を含む照明装置、電子玩具、動力工具、あるいは電池と共に従来使用されるいずれの装置など、電気装置に動力を供給するため使用される場合、燃料電池システムは全体の電気装置の容積のうちの小さな容積のみを占め、高エネルギー密度を維持し、十分な出力を提供することが望ましく、より一層必要とされる。しかしながら、現燃料電池システムは、大型すぎて電気装置内で使用もできないか、または高エネルギー密度を維持し、十分な期間、電気装置に動力を供給するのに必要なエネルギーを供給するのにも失敗する。有利なことに、本主題は高エネルギー密度を維持し、十分な出力を提供することができるが、そのうえ全体の電気装置容積のうちの比較的小さな容積を占めるだけの燃料電池システムを
提供する。加えて、ポンプ、弁、または加熱器を必要とせずに、本燃料電池システムは受動的に作動してもよく、いずれの追加電池またはその他の電源に依存する必要なく、瞬時に起動してもよい。

ここで図面、特に図１を参照すると、数ある中でも、燃料電池層１０２および燃料貯蔵部（例、燃料タンク）１０４を含む燃料電池システム１００が図示されている。燃料電池層１０２は、陽極１０７、陰極１０８、およびそれらの間に配置される電解質１０９（例、イオン交換膜）を各々に備える１つ以上の燃料電池を含む。システム１００で利用される燃料電池層１０２は、少なくとも部分的に電気化学反応層の基礎をなす、電流通過構造を有する電気化学電池構造などの、平面状の燃料電池であってもよい。かかる一例では、電池はその各側に触媒層を有するイオン交換膜を含む。かかる別の例では、電気化学電池構造は、一枚のイオン交換膜上に形成される複数の個別単位電池を含む。燃料電池システム１００では、各電池の陰極１０８は酸化剤などの酸素を包含する空気と共に供給され、各電池の陽極１０７は、水素などの燃料とともに供給される。

多くの構造上の選択肢が燃料貯蔵部１０４で利用可能である。例えば、一例では、燃料貯蔵部１０４は、第１および第２の携帯電話部品を相互接続し、利用可能な電気装置空間を実質的に満たすよう配設される携帯電話用燃料タンクを備えていてもよい。かかる例では、１つ以上の内部ポートは第１および第２の部品を流動的に結合し、その一方で、１つ以上の末端キャップは部品の末端に連結される。別の例では、燃料貯蔵部１０４は、構造充填剤に一致して連結される構造充填剤および囲い外壁を備えていてもよい。そのうえ別の例では、燃料貯蔵部１０４は、割当空間の利用可能な容積に実質的に一致する不揃いな形（例、非円形、非長方形、非三角形）を備えていてもよい。割当空間は数ある中で、携帯電話、衛星電話、ノートパソコン、コンピュータ付属品、画面、個人用音声または映像プレーヤー、医療装置、テレビ、送信機、受信機、アウトドア用照明装置または懐中電灯を含む照明装置、電子玩具、あるいは動力工具内に位置付けられる。さらなる例では、図１のように、燃料貯蔵部１０４は、追加エネルギー電池１２２または電子調整回路１２０などの、選択的部品を収納する空隙１５２を備えていてもよい。

これらの構造例の各々では、燃料貯蔵部１０４は、水素などの燃料、または水素貯蔵材などの燃料貯蔵材を含んでいる。一例では、燃料貯蔵部１０４は、１つ以上の活性物質粒子および結合剤を備える複合性水素貯蔵材を入れており、結合剤は活性物質粒子間の関連する空間的関係を維持するのに十分な活性物質粒子を固定化する。かかる一例では、水素貯蔵材は金属水素化物を含む。その他の技術の中で、水素貯蔵材は、物理吸着または化学吸着のうちの１つあるいは両方を使用して、水素を貯蔵してもよい。

燃料電池層１０２からの電力は、燃料電池層１０２によって発生する電流を収集し、出力コネクタ１１６を介するか、または代わりに調整電子工学セクション１２０（例、電子調整回路）へのシステム１００からの電流の道順を決める集電回路１０６によって、集められてもよい。図示する例では、多くは異なるが、出力コネクタ１１６を集電装置回路１０６および選択的調整電子工学セクション１２０の両方に取り付ける。集電回路１０６は、燃料電池層１０２またはその他の燃料電池システム部品の形、あるいは部位に一致するよう柔軟であってもよい。一例では、燃料電池システム１００は約４ワットまでの最大出力を提供し、一方その他の例では、燃料電池システム１００は約２〜３ワットの最大出力を提供してもよい。種々の例では、燃料電池システムの平均出力は、約０．５〜１．５ワット、約０．７５〜１．２５ワット、または約１ワットなど、約０．２〜１．８ワットの間である。種々の例では、燃料電池システム１００は、約２５０〜３５０ワットｈｒ／Ｌ、または約３００ワットｈｒ／Ｌなど、約２００〜６００ワットｈｒ／Ｌ以上のエネルギー密度を提供する。種々の例では、燃料電池システム１００は、約２５立方センチメートル以下の大きさを含む。一部の例では、燃料電池システム１００の大きさは約１０立方センチメートル以下である。

種々の例では、燃料貯蔵部１０４は、燃料補給ポート１１２および圧力調整器１１０を含む。燃料補給ポート１１２は、例えば液体燃料といった液体を燃料貯蔵部１０４へ流すことを可能とする圧力作動弁であってもよい。一例では、燃料補給ポート１１２は燃料入口、ならびに第１の密閉位置および第２の燃料供給位置を有する少なくとも１つの圧縮性部材を含む。かかる例では、少なくとも１つの圧縮性部材が第１の密閉位置にある際は、少なくとも１つの圧縮性部材を燃料入口ポートと密封して連結する。図示する例では、燃料補給弁１１２を燃料貯蔵部１０４の下壁１１４と連結する。

圧力調整器１１０は、燃料貯蔵部の圧力を、燃料電池層１０２に対して容認できる、より一定でより低い圧力にまで下げるように設計されてもよい。一例では、圧力調整器１１０は燃料貯蔵部１０４の上壁１１５と一体化され、調整器本体、弾力部材、ダイヤフラム、調整器弁、および密閉部材を含む。かかる例では、ダイヤフラムおよび調整器弁は、第１の室の圧力および第２の室の圧力の間の圧力差に移動して応答する。

図示する例では、燃料プレナム２１２（図２）は、燃料電池層１０２を燃料貯蔵部１０４の少なくとも１つの面１５０に隣接して位置させることによって作り出される。燃料電池層１０２に隣接する燃料貯蔵部の面１５０の周囲は、圧縮または弾性ガスケット、あるいは粘着剤などの、密閉部材１２６によって密閉されてもよく、それによって燃料プレナム２１２を形成する。この例が作動する際、燃料貯蔵部１０４は燃料補給ポート１１２を加圧することによって、燃料で満たされる。圧力調整器１１０をその後、燃料プレナム２１２内で、燃料電池層１０２の作動および動作に十分な水準にまで低下させるか、または維持するために使用する。燃料プレナム２１２内の圧力により、順番に、集電回路１０６に対し燃料電池層１０２を促すかまたは強制し、かかる部品の間の接触を提供する。このような方法で、燃料電池システム１００はその後、システム１００を外気に曝すことによってのみ、稼動させることができる（すなわち、例えば水素および酸素の間の電気化学反応を開始させることができる）。代替例では、圧力稼動なしで電流を収集できるように、燃料電池層１０２を集電回路１０６に直接結合してもよい。

任意に、燃料電池システム１００は、システムカバー１２４または多孔保護部材１１８を備えていてもよい。システムカバー１２４を、燃料電池層１０２および燃料貯蔵部１０４などの取り付け具を補助するため利用してもよい。数ある中で、システムカバー１２４を、鋼またはアルミニウムを含む、硬質だが延性のある材料から構築してもよい。システムカバー１２４に適するその他の例は、ウルテム(R)（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標）またはポリエチレンなどの、硬質プラスチックを含む。種々の例では、システムカバー１２４は、燃料電池の陰極１０８の外気への少なくとも部分的な出入りを可能とする、１つ以上の空気出入ポート２０６（図２）を含む。図のように、システムカバー１２４は燃料電池層１０２を囲むように構成され、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、糊付け、熱粘着、感圧粘着、または１つ以上の機械構造（例、締め具または突起部）によってなど、いずれの物理的または化学的手段によって、燃料貯蔵部１０４に取り付けてもよい。機械構造は任意に解除可能であってもよい。

多孔保護部材１１８により、燃料電池の陰極１０８に対する保護を提供してもよく、その一方で、空気がそこへ流れることが可能となる。一例では、多孔保護部材１１８は陰極１０８を外気での干渉から保護する。一部の例では、多孔保護部材１１８を、陽極側で燃料電池層１０２に隣接して配置し、陽極１０７に対する保護を提供してもよく、その一方で燃料がそこを介して流れるのを可能とする。

図２は、一例に従い、図１の線２〜２に沿うような、燃料電池システム１００の断面図
である。この例では、第１の燃料貯蔵部の面１５０は、その周囲で密閉部材１２６の第１の側面に接触する。燃料電池層１０２の第１の側面２５０は、燃料プレナム２１２をそれによって作り出すように、密閉部材１２６の第２の側面に接触する。燃料電池層１０２の第２の側面の２５２は集電回路１０６に接触する。保護部材１１８は、燃料電池層１０２およびその部品を環境の干渉から遮断する。システムカバー１２４は、燃料電池層１０２および燃料電池システム１００のその他の部品（例、保護多孔部材１１８、集電回路１０６、および燃料プレナム２１２）を囲み、燃料貯蔵部１０４に取り付けられる。システムカバー１２４は、外気が陰極１０８（図１）などの燃料電池層１０２の部品に出入りするのを可能とする、空気出入ポート２０６を含む。空気は、空気出入ポート２０６および多孔保護部材１１８を介し方向２０８に流れ、燃料電池層１０２の陰極１０８に酸素を提供する。

この例では、燃料貯蔵部１０４から圧力調整器１１０を介し燃料プレナム２１２内への燃料（例、水素）の流れ２１０のように、燃料圧力２０２は、燃料電池層１０２に集電回路１０６に向かう方向に力を及ぼし、それらの間に接触を提供する。図のように、システムカバー１２４の燃料貯蔵部１０４への機械結合は、カバー圧力２０４を集電回路１０６に燃料電池層１０２（すなわち、燃料圧力２０２の反対方向）に向かって及ぼし、燃料電池システム１００の部品の間の十分な接触をさらに提供する。

燃料電池システム１００には多くの選択肢がある。例えば、一部の例では、燃料プレナム２１２は、幅約１ｍｍより小さい大きさ（幅は燃料貯蔵部１０４に実質的に垂直で、燃料貯蔵部１０４から燃料電池層１０２へ延在する距離）を含み、一方その他の例では、燃料プレナム２１２は１ｍｍより大きい幅を含む。一部の例では、集電回路１０６を、燃料電池層１０２の第２の側面２５２に接触させるよりはむしろ、燃料電池層１０２と一体化して燃料電池層１０２の下に、または燃料プレナム２１２内に配置してもよい。かかる例では、燃料電池層１０２および集電回路１０６の間の結合は、燃料圧力を介し作り出される外向きの力２０２によってではなく、むしろ結合のより積極的な手段（例、接合過程）を介し稼動されてもよい。

図３Ａ〜３Ｄは、数ある中でも、１つ以上の燃料電池層１０２、水素燃料貯蔵部などの燃料貯蔵部１０４、および１つ以上の密閉部材１２６を含む、燃料電池システム１００の部分の断面図を示す。図３Ａでは、１つの燃料電池層１０２を燃料貯蔵部１０４に隣接して配置する。図３Ｂでは、任意に２つの燃料電池層１０２を燃料貯蔵部１０４の周辺に配置する。図３Ｃでは、３つの燃料電池層１０２を燃料貯蔵部１０４の３つの別々の面に配置する。図３Ｄでは、２つの燃料電池層１０２を不揃いな形の（例、非四角形または非三角形）燃料貯蔵部１０４の２つの別々の面に配置する。図１〜２に示す燃料電池システムは、数ある中でも、図３Ａ〜３Ｂに示す配置を利用することができる。図２に関連して考察されるように、１つ以上の密閉部材１２６を、燃料電池層１０２および燃料貯蔵部１０４の間に配置してもよく、それによって燃料プレナム２１２を形成し、燃料は２１０を貯蔵部１０４から燃料プレナム２１２内へ流れる。

図４は、図１に示す携帯用燃料電池システム１００などの、燃料電池システムを作成する１つの方法４００を示す。４０２で、少なくとも１つの燃料電池を形成する。種々の例では、複数の燃料電池を形成し燃料電池層を作り出す。各燃料電池は、陽極、陰極、およびそれらの間に配置される電解質を含む。４０４で、燃料貯蔵部を少なくとも１つの燃料電池の第１の部分に連結し、それによって燃料プレナムをその間に形成する。一例では、非導電粘着剤を使用して、燃料貯蔵部を少なくとも１つの燃料電池の第１の部分と連結する。別の例では、密閉部材を燃料貯蔵部および少なくとも１つの燃料電池の第１の部分の間に配置する。

４０６で、集電回路を少なくとも１つの燃料電池の第２の部分に隣接して配置する。一例では、集電回路を携帯用電子装置と電気的に連結する。別の例では、集電回路を電子調整回路と電気的に連結する。

さらに、４０８で、少なくとも１つの空気出入ポートを有するシステムカバーを、集電回路、少なくとも１つの燃料電池、または燃料貯蔵部の一部のうちの１つ以上に配置し、少なくとも１つの空気出入ポートを少なくとも１つの燃料電池の第２の部分の近傍に位置させる。一例では、保護多孔部材を少なくとも１つの空気出入ポートおよび少なくとも１つの燃料電池の第２の部分の間に配置する。４１０で、システムカバーを燃料貯蔵部と連結する。一例では、システムカバーを、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、糊付け、熱粘着、感圧粘着、または１つ以上の機械構造（例、締め具または突起部）によって、燃料貯蔵部に連結する。機械構造は任意に解除可能であってもよい。

ここで図５Ａ〜５Ｂを参照すると、数ある中で、１つ以上の柔軟壁５０２を含む燃料電池層１０２、燃料または燃料貯蔵材を貯蔵するよう構成される燃料貯蔵部１０４、システムカバー１２４、および閉鎖領域５０４を含む燃料電池システム１００が、断面で示されている。燃料電池層１０２は、陽極１０７、陰極１０８、陽極１０７および陰極１０８の間に配置される電解質（明確には図示せず）、ならびに集電回路１０６を各々備える１つ以上の燃料電池を含む。

システムカバー１２４は燃料貯蔵部１０４の一部と、数ある中でも、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、粘着剤の使用、または１つ以上の機械構造を介し取り付け可能であり、それによって、図のように閉鎖領域５０４を形成する。１つ以上の燃料電池層１０２を、それらそれぞれの柔軟壁５０２が、少なくとも１つの反応体プレナム５０６を形成するよう構造上配設されるように、閉鎖領域５０４に配置してもよい。１つ以上の柔軟壁５０２は、燃料貯蔵部１０４またはシステムカバー１２４の１つ、あるいは両方のうちの一部によって支持される。例に示すように、陰極１０８は柔軟壁５０２の外部から出入り可能で、システムカバー１２４の空気出入ポートを介し外気に曝されていてもよく、その一方で、陽極１０７は柔軟壁５０２の内部から出入可能で、水素燃料などの反応体に曝されていてもよい。集電回路１０６（燃料電池層１０２と一体である）を、燃料電池層１０２によって発生する電流を受け取り、かかる電流を、例えば携帯用電子装置に分配するよう構成する。

種々の例では、プレナム入口５５０は、反応体プレナム５０６および燃料貯蔵部１０４、または外気に流動的に結合する。反応体がプレナム入口５５０を介し進入すると、反応体圧力により燃料プレナム５０６を加圧し、それにより燃料電池層１０２の１つ以上の柔軟壁５０２を、燃料貯蔵部１０４またはシステムカバー１２４の１つ、あるいは両方の部分を支持するよう促す。

図６は、図５Ｂに示す燃料電池システムなどの、燃料電池システムを製作する１つの方法６００を示す流れ図である。６０２で、その中に燃料を貯蔵するよう構成される燃料貯蔵部を形成する。６０４で、システムカバーを形成する。６０６で、閉鎖領域をその中で形成するように、システムカバーを燃料貯蔵部の一部と連結する。一例では、システムカバーを、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、糊付け、熱粘着、感圧粘着、または１つ以上の機械構造（例、締め具または突起部）を介し、燃料貯蔵部と連結する。機械構造は任意に解除可能であってもよい。

６０８で、陽極、陰極、およびそれらの間に配置される電解質を含む、少なくとも１つの燃料電池を、閉鎖領域に配置する。種々の例では、複数の燃料電池を形成し、燃料電池層を作り出す。一例では、１つ以上の柔軟な燃料電池壁は、燃料電池の陽極または燃料電
池の陰極のうちの１つ、あるいは両方を備える。したがって、別の例では、少なくとも１つの燃料電池を閉鎖領域内に配置するステップは、少なくとも１つの反応体プレナムを形成するよう１つ以上の柔軟な燃料電池壁を配設するステップを含む。種々の例では、燃料貯蔵部およびシステムカバーを形成するステップは、反応体がプレナム入口に進入し、反応体プレナムを加圧する際、燃料電池壁が延在し、１つ以上の支持部の形に一致するよう、１つ以上の柔軟な燃料電池壁に対する支持部を形成するステップを含む。

６１０で、集電回路を少なくとも１つの燃料電池と一体化する。種々の例では、集電回路を少なくとも１つの燃料電池から電流を収集し、かかる電流を携帯用電気装置などの１つ以上の電気装置に分配するよう構成する。

燃料電池システムおよびそれらの製造のための方法を、本願で提供する。数ある中で、本システムおよび方法は、十分な出力および高エネルギー密度を、比較的小さな空間内で全て提供する燃料電池システムを提供する。燃料電池システムは独立型電源として作動することができるか、または電気装置へ一体化することができる。さらに、燃料電池システムはその作動ためにポンプ、弁、または加熱器に依存する必要はなく、貴重なエネルギーおよび電気装置の容積を節約する。

上記は例示目的であり、限定を意図しないことは理解されるものとする。例えば、上に記載する実施形態（および／またはその側面）は、互いに組み合わせて使用してもよい。多くのその他の実施形態は、上の記載を再検討すれば、当業者には明らかである。それゆえ本発明の範囲は、かかる請求項が有する権利と同等の全範囲とともに、添付の請求項を参照することで確定されるべきである。添付の請求項では、用語「含む」は、用語「備える」の平易な英語の同等のものとして使用される。また、以下の請求項では、用語「含む」および「備える」は非制限、すなわち、請求項内のかかる用語がまだその請求項の範囲に入るとみなされた後、記載されたものに加えて要素を含むシステム、装置、品目、または過程である。その上、以下の請求項では、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、単に表示として使用され、それらの対象に数字上の要件を課すことを意図しない。

開示内容の要約は、読者が技術の開示の本質を迅速に解明することを可能とする要約を要求する、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に従うよう提供されている。要約は、請求項の範囲または意味を解釈、あるいは限定するために使用されないことを理解した上で提示されている。加えて、前述の詳細な説明では、種々の特徴が開示を簡素化するためグループ化されている場合がある。開示の本方法は、主張される実施形態が、各請求項に明確に述べられるより多くの特徴を必要とする意図を、反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、発明の主題は、単一の開示される単一の実施形態の全ての特徴より少ない中にある場合がある。したがって、以下の請求項は、各請求項は別々の実施形態としてそれ自体に基づき、本願によって詳細な説明に組み込まれる。

図面は必ずしも一定の縮尺で描かれてはおらず、同様の数表示は幾つかの図を通じて類似の部品を示す。異なる文字の語尾を有する同様の数表示は、類似する部品の異なる例を表す。図面は概して例示を目的とし、限定する目的ではなく、本特許文書で考察される種々の実施形態を示す。
少なくとも１つの実施形態に従い構築される、燃料電池システムの分解図を示す。 少なくとも１つの実施形態に従い構築される、図１の線２〜２に沿うような、燃料電池システムの断面図を示す。 種々の実施形態に従い構築される、１つ以上の燃料電池および燃料貯蔵部を含む、燃料電池システムの一部の断面図を示す。 種々の実施形態に従い構築される、１つ以上の燃料電池および燃料貯蔵部を含む、燃料電池システムの一部の断面図を示す。 種々の実施形態に従い構築される、１つ以上の燃料電池および燃料貯蔵部を含む、燃料電池システムの一部の断面図を示す。 種々の実施形態に従い構築される、１つ以上の燃料電池および燃料貯蔵部を含む、燃料電池システムの一部の断面図を示す。 少なくとも１つの実施形態に従い構築される、図１に示す燃料電池システムのような、燃料電池システムを製作する方法を示す。 種々の実施形態に従い構築される、１つ以上の燃料電池、燃料貯蔵部、およびシステムカバーを含む、燃料電池システムの一部の断面図を示す。 種々の実施形態に従い構築される、１つ以上の燃料電池、燃料貯蔵部、およびシステムカバーを含む、燃料電池システムの一部の断面図を示す。 少なくとも１つの実施形態に従い構築される、図５Ｂに示す燃料電池システムのような、燃料電池システムを製作する方法を示す。

Claims (50)

1. 燃料電池システムであって、
   その中に燃料を貯蔵するように構成される燃料貯蔵部と、
   前記燃料貯蔵部のうちの１つ以上の部分で取り付け可能なシステムカバーと、
   前記システムカバーで前記燃料貯蔵部を取り付けることによって形成される閉鎖領域と、
   前記閉鎖領域に配置される少なくとも１つの燃料電池であって、各燃料電池が、反応体プレナムを形成するように、構造的に配設される１つ以上の柔軟壁を含む、前記燃料電池と、
   を備え、
   前記１つ以上の柔軟壁は、前記燃料貯蔵部または前記システムカバーのうちの１つ、あるいは両方の一部によって支持される、燃料電池システム。
2. 前記少なくとも１つの燃料電池と接触する集電回路をさらに備え、前記集電回路は、前記少なくとも１つの燃料電池によって発生する電流を受け取り、分配するように構成される、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記集電回路は、前記少なくとも１つの燃料電池と一体となっている、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記集電回路は、携帯用電子装置に前記燃料電池発生電流を分配するように構成される、請求項２に記載の燃料電池システム。
5. 前記携帯用電子装置は、携帯電話、衛星電話、ノートパソコン、コンピュータ付属品、表示部、個人用音声または映像プレーヤー、医療装置、テレビ、送信機、受信機、照明装置、電子玩具、あるいは動力工具を含む、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記反応体プレナムおよび前記燃料貯蔵部に流動的に結合する入口をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
7. 圧力調整器は前記入口内に配置される、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記少なくとも１つの燃料電池に隣接して配置される保護多孔部材をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 反応体圧力により、前記１つ以上の柔軟壁を前記燃料貯蔵部または前記システムカバーのうちの１つ、あるいは両方の前記支持部分へ促す、請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
10. 前記システムカバーおよび前記燃料貯蔵部の前記取り付けは、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、粘着剤の使用、または機械構造を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池システム。
11. 前記燃料貯蔵部は燃料補給ポートを備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池システム。
12. 燃料電池システムを製作する方法であって、
    その中に燃料を貯蔵するように構成される燃料貯蔵部を形成するステップと、
    １つ以上の空気出入ポートを有するシステムカバーを形成するステップと、
    閉鎖領域を形成するステップを含む、前記システムカバーを前記燃料貯蔵部のうちの１つ以上の部分と連結するステップと、
    少なくとも１つの反応体プレナムを形成するように、１つ以上の柔軟な燃料電池壁を配設するステップを含む、少なくとも１つの燃料電池を前記閉鎖領域に配置するステップと、
    を備え、
    前記燃料貯蔵部および前記システムカバーを形成するステップは、前記１つ以上の柔軟な燃料電池壁に対する支持部を形成するステップを含む、方法。
13. 集電回路を前記少なくとも１つの燃料電池に接触させるステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
14. 保護多孔部材を前記少なくとも１つの燃料電池に隣接して配置するステップをさらに備える、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記システムカバーを前記燃料貯蔵部と連結するステップは、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、糊付け、熱粘着、感圧粘着、または１つ以上の機械構造を含む、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 燃料電池システムであって、
    陽極、陰極、およびそれらの間に配置される電解質を含む、少なくとも１つの燃料電池と、
    燃料または燃料貯蔵材と、
    前記少なくとも１つの燃料電池の第１の部分に隣接して位置する少なくとも１つの面を含む燃料貯蔵部であって、前記燃料または前記燃料貯蔵材を貯蔵するように構成される、燃料貯蔵部と、
    前記少なくとも１つの燃料電池の第２の部分と接触する集電回路であって、前記燃料電池によって発生する電力を受け取り、分配するように構成される集電回路と、
    前記少なくとも１つの燃料貯蔵面、および前記少なくとも１つの燃料電池の前記第１の部分の間に配置される燃料プレナムと、
    を備える、燃料電池システム。
17. 前記燃料電池内の圧力により、前記少なくとも１つの燃料電池の前記第２の部分を、前記集電回路の一部に対し促す、請求項１６に記載の燃料電池システム。
18. 前記燃料プレナムは、封着部材によって少なくとも部分的に囲まれ、前記封着部材により、前記少なくとも１つの燃料貯蔵部面、および前記少なくとも１つの燃料電池の前記第１の部分の間に封着を提供する、請求項１６または１７に記載の燃料電池システム。
19. 前記少なくとも１つの燃料貯蔵部面および前記少なくとも１つの燃料電池の前記第１の部分は、粘着剤を使用して連結される、請求項１６〜１８のいずれかに記載の燃料電池システム。
20. 前記少なくとも１つの燃料電池に隣接して位置する保護多孔部材をさらに備える、請求項１６〜１９のいずれかに記載の燃料電池システム。
21. 少なくとも１つの空気出入ポートを含むシステムカバーをさらに備え、前記システムカバーは、前記燃料貯蔵部のうちの１つ以上の部分に取り付け可能である、請求項１６〜２０のいずれかに記載の燃料電池システム。
22. 前記システムカバーおよび前記燃料貯蔵部の間の結合は、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、粘着、または１つ以上の機械構造を含む、請求項２１に記載の燃料電池システム。
23. 前記システムカバーは、保護多孔部材、前記集電回路、前記少なくとも１つの燃料電池、前記燃料プレナム、または前記燃料貯蔵部の一部のうちの１つ以上を収納する、請求項２１に記載の燃料電池システム。
24. 前記システムカバーは、鋼、アルミニウム、または硬質プラスチックを含む、請求項２１に記載の燃料電池システム。
25. 前記集電回路は、前記少なくとも１つの燃料電池によって発生する電力を、携帯用電子装置へ分配するように構成される、請求項１６〜２４のいずれかに記載の燃料電池システム。
26. 前記集電回路は、前記携帯用電子装置に取り付け可能な結合部材を備える、請求項２５に記載の燃料電池システム。
27. 電子調整回路をさらに備える、請求項１６〜２６のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記集電回路は、前記少なくとも１つの燃料電池によって発生する前記電力を、前記電子調整回路へ分配するように構成される、燃料電池システム。
28. 前記電子調整回路は、前記燃料貯蔵部の空隙に配置される、請求項２７に記載の燃料電池システム。
29. 追加エネルギー電池をさらに備える、請求項１６〜２８のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記追加エネルギー電池は、前記燃料貯蔵部の空隙に、少なくとも一部分に配置される、燃料電池システム。
30. 前記燃料は水素を備える、請求項１６〜２９のいずれかに記載の燃料電池システム。
31. 前記燃料貯蔵材は水素貯蔵材を備える、請求項１６〜３０のいずれかに記載の燃料電池システム。
32. 前記水素貯蔵材は物理吸着によって水素を貯蔵する、請求項３１に記載の燃料電池システム。
33. 前記水素貯蔵材は化学吸着によって水素を貯蔵する、請求項３１に記載の燃料電池システム。
34. 前記燃料貯蔵材は金属水素化物を備える、請求項１６〜３３のいずれかに記載の燃料電池システム。
35. 前記燃料貯蔵部は、少なくとも第２の携帯電話部品と相互接続する第１の携帯電話部品を含み、前記相互接続される携帯電話部品は割当空間を実質的に満たすよう配設される、請求項１６〜３４のいずれかに記載の燃料電池システム。
36. 前記割当空間は携帯電話、携帯情報端末、ノートパソコン、デジタルカメラ、ゲーム装
    置、携帯用テレビ、または懐中電灯の一部に位置付けられる、請求項３５に記載の燃料電池システム。
37. 前記燃料貯蔵部は、前記構造充填剤に一致して連結される構造充填剤と囲い外壁とを備える、請求項１６〜３６のいずれかに記載の燃料電池システム。
38. 前記燃料貯蔵部は、圧力調整器または燃料補給ポートの１つまたは両方を含む、請求項１６〜３７のいずれかに記載の燃料電池システム。
39. 前記燃料貯蔵部および前記少なくとも１つの燃料電池は、約２５立方センチメートル以下の組み合わせた容積を備える、請求項１６〜３８のいずれかに記載の燃料電池システム。
40. 前記少なくとも１つの燃料電池は、約１ワット以上の平均電力、および３ワット以上の最大電力を発生するように構成される、請求項１６〜３９のいずれかに記載の燃料電池システム。
41. システムエネルギー密度が約５００ワット時間／リットルを備える、請求項１６〜４０のいずれかに記載の燃料電池システム。
42. 携帯用電力を提供する燃料電池システムであって、
    第１の面に陽極、第２の面に陰極、およびそれらの間に電解質を含む、少なくとも１つの燃料電池を含む、燃料電池組立部と、
    前記燃料電池の第２の面の近接に位置する保護多孔部材と、
    前記少なくとも１つの燃料電池によって発生する電力を受け取り、分配するように構成される集電回路と、
    前記燃料電池の第１の面に隣接して位置する面を含む水素貯蔵部であって、水素燃料を貯蔵するように構成される、水素貯蔵部と、
    前記水素貯蔵部および前記燃料電池の第１の面の間に配置される燃料プレナムと、
    少なくとも１つの空気出入ポートを含むシステムカバーであって、前記保護多孔部材、前記集電回路、前記少なくとも１つの燃料電池、前記燃料プレナム、または前記水素貯蔵部の一部のうちの１つ以上を収納するように採寸および成型される、システムカバーと、を備え、
    前記プレナムの燃料圧力およびカバー発生圧力により、前記少なくとも１つの燃料電池および前記集電回路の間の接触を促す、燃料電池システム。
43. 前記集電回路は、前記少なくとも１つの燃料電池によって発生する前記電力を、携帯用電子装置へ分配する、請求項４２に記載の燃料電池システム。
44. 携帯用燃料電池を製作する方法であって、
    燃料電池を形成するステップと、
    それらの間で燃料プレナムを形成するステップを含む、燃料貯蔵部を前記燃料電池の第１の部分と連結するステップと、
    集電回路を前記燃料電池の第２の部分に隣接して配置するステップと、
    少なくとも１つの空気出入ポートを有するシステムカバーを、前記集電回路、前記燃料電池、または前記燃料貯蔵部の一部のうちの１つ以上に配置するステップであって、前記少なくとも１つの空気出入ポートを、前記燃料電池の前記第２の部分の近接に位置させるステップを含む、ステップと、
    前記システムカバーを前記燃料貯蔵部と連結させるステップと、
    を備える、方法。
45. 前記燃料貯蔵部を前記燃料電池の前記第１の部分と連結するステップは、接着剤を使用するステップを含む、請求項４４に記載の方法。
46. 前記システムカバーを前記燃料貯蔵部と連結するステップは、溶接、はんだ付け、ろう付け、圧着、糊付け、熱粘着、感圧粘着、または１つ以上の機械構造を含む、請求項４４または４５に記載の方法。
47. 前記燃料貯蔵部と、前記燃料電池の前記第１の部分との間に、付着部材を配置するステップをさらに備える、請求項４４〜４６のいずれかに記載の方法。
48. 前記少なくとも１つの空気出入ポートと、前記燃料電池の前記第２の部分との間に、保護多孔部材を配置するステップをさらに備える、請求項４４〜４７のいずれかに記載の方法。
49. 前記集電回路を携帯用電子装置と電気的に連結させるステップをさらに備える、請求項４４〜４８のいずれかに記載の方法。
50. 前記集電回路を電子調整回路と電気的に連結するステップをさらに備える、請求項４４〜４９のいずれかに記載の方法。

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