TW552736B - Fuel containment and recycling system - Google Patents

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Tsepin Tsai
Wenbin Yao
Yuen-Ming Chang
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Description

552736 __案號 90111452 五、發明說明（1) 年月_ __曰 修正 發明領域 本發明一般係關 置，且更特定言之 器與回收系統。 於邊ϊ轉換系統的燃料及排出物置放裝 ，係關於金屬-空氣燃料電池的燃料容 發明背景 旦，燃料f器，及特別是金屬_空氣電池系統的本質高能 量密度而言，它們長期被視為所欲的電力來源。燃料電池 包括一個陰極、一種離子介質及一個陽極。金屬—空氣電 池使用由金屬粒子組成的陽極，此金屬粒子被進料至電池 且被氧化做為電池排出物。陰極一般由半滲透膜、惰性導 ，網、及催化層組成，以還原自電池外部經過薄膜滲透的+ 氧。因氧很容易自空氣中得到，故於燃料電池不需^用專 用的氧儲存容器（除了在某些因設計考量使氧供應是受限 制的情況），此使得金屬-空氣電池在體積能量密度及成本 基準上皆是有效率的。陰極及陽極由電解質可通過的絕緣 介質分開。當鋅與通過電解質的離子反應時鋅被氧化\辞 二氣電池可再補給燃料電池消耗辞粒子及氧，但離子釋 出電子以產生電力，反應產物一般由溶解的鋅酸鹽及歸浮 在消耗電解質的氧化鋅粒子所組成。 …予 先前技藝的金屬-空氣系統已被證實具足夠的能量容量 以供給電力交通工具的電力。此種具循環金屬漿液的^陽里 之金屬-空氣電池由新力（Sony)、三洋（Sanyo)、布格林《 技學院（the Bulgarian Academy of Science)、》、s m y e遇用雷 子公司（Compagnie General d’Electricitie)於 1 97 0 年、 建造以做為證實用途。這些系統並未達成任何商業成功代
552736 _案號90111452_年月日 修正 _ 五、發明說明（2) . 因為它們都具相當低的電力輸出（排除速率及總容量為可 接受的），直到現在，此仍為提供商業可實行系統的主要 · 障礙，例如新力僅能提供2 4瓦/公斤，且通用電子公司被 限制於82瓦/公斤或8 4瓦-小時/公斤。然而，依所使用燃 料型式而定，理論容量仍超過這些值的5倍。近期的金屬-空氣電池的一種型式已實現在容量上的改良，其使用固定 · 式陽極粒子的填充床，且電解質不需使用外部電解質幫浦 就可通過床。雖然，此系統已增加電池容量至約2 0 0瓦/公 V 斤及具能量密度約1 5 0瓦-小時/公斤，但在商業化成功可 -實現前進一步的改良是必需的。 金屬-空氣可補給燃料電池可在短時間内（亦即數分鐘）· 再補給燃料，相較於典型上需要數小時以充電習知電池， 此特性使金屬-空氣可補給燃料電池非常適合移動性應用 ，如電子交通工具、攜帶式動力來源及其類似應用。於補 給燃料操作期間，將新的陽極金屬及電解質加入電池内， 並移除反應產物及消耗電解質，反應產物需被送至工業設 施以回收或用作其他目的。許多種方法已被提出以補給燃 料至金屬-空氣電池，一個已知系統使用二個儲藏室，一 個用作儲存新的陽極燃料及一個用作容納來自電池的反應 物質。 美國專利號碼4, 1 7 2, 924揭示一種金屬-空氣電池，其使•丨 用一種金屬粒子及漿糊狀液型式的液體電解質之混合物所 形成的流體金屬燃料。此糊狀液自第一儲存室經過電化電 池移動；於電化電池，此糊狀液在相對應金屬氧化物糊狀 · 液陰極被氧化，反應產物（主要為金屬氧化物）送至第二儲
O:\71\71152-911030.ptc 第6頁 552736 一案號 五、發明說明（3) 存室。僅管此 該多個儲藏室 最近頒布的 克服隨上述的 該’ 117專利揭 質至該燃料電 極反應產物。 新的電解質填 連接，以使其 期間，於鋅燃 份消耗電解質 充裝置，接著 方法，消耗的 到再填充裝置 反應產物的收 填充裝置後才 此糸統另一 雜散短路電流 進料彼此電絕 器，以使較大 ，雖然此對在 法無法阻擋在 過 ° 隻正
裝置經由 設計浪費 美國專利 雙重儲存 示一種可 池、在密 根據此專 充，接著 成為電解 料及電解 及反應產 將容器的 電解質及 。雖然此 集僅能在 能有效進 缺點為預 的結構。 緣。為避 的陽極物 該專利揭 似糊狀液 移除反應物 空間，增加 號碼5，9 5 2 , 室構形而產 運輸的容器 閉系統循環 利意旨，該 ’容器被送 質流動路徑 液使用一段 物的容 内含物 反應產 裝置避 燃料供 行。 防在並 在此構 免短路 質粒子 示的顆 燃料物 器被 排空 物在 免二 應被 聯注 形， ，該 不會 粒狀 質中 質而增加排除 複雜性，及增3本但 11 7揭示一種战本° 生的缺點之用來 以粃臛嗒^ 、枓電池， 以供應％極物質 電解質、及收解 今裔先Μ鋅燃料粒 至燃料電池並與該 的一部份，在電池放電 時間後，此時含至少 自電池移除並送回再^鐵 至再填充裝置並重覆此 鋅再生裝置再生並再回 個個別容器的需求，但 耗盡且容器被排空至再 入燃料的許多電池間的 電池並未經由導電燃料 1 1 7專利揭示一種過濾 通過燃料小室間的導管 燃料粒子有效，但此方| 存在的小陽極粒子之通 • 發明摘要 鑑於以上所述，本發明目的為提供一用於能量轉換裝置
552736 _案號 90Π1452_年月日__；_ 五、發明說明（4) . 的方便的、經濟的及環境上安全的燃料供應及廢棄物質回 收系統。. · 本發明另一目的為提供一單一儲存容器以同時供應燃料 至能量轉換裝置並收集來自能量轉換裝置的排出物。 本發明更另一目的為提供一單一儲存容器以分別供應燃 料至燃料電池及自燃料電池收集反應產物，且更特別是使 · 用鋅、鋁、鋰、鎂、鐵及其類似物的金屬-空氣燃料電 i 池。 本發明另一目的為提供一種金屬-空氣燃料電池系統， · 以電力需求（亦即在瓦特至百萬瓦特的範圍間）的角度而言 ，此系統可用於變化的應用。此種應用包括，但不限於，® 提供動力馬達交通工具、攜帶式及消費性電子用品、家庭 及工業的能量。 本發明更另一目的為消除具單一燃料進料的許多電化電 池間的短路。 基於上述目的及在下文中會更明顯的額外目的，本發明 普遍提供一種方法及系統，以自單一儲存容器供應燃料至 能量轉換裝置並同時自能量轉換裝置收集排出物至容器。 特別地是，本發明提供一種包括一個儲存容器的燃料電 池系統，其可接至電池以提供燃料並同時收集廢棄物及產 生做為電池排出物的反應物質。本發明適合用於混合可再4 充電燃料電池及特別是具流體型式的金屬陽極物質的金屬 -空氣燃料電池。名稱π流體π於此被定義為類糊狀物質， 例如實例為在流體電解質如ΚΟΗ溶液懸浮的小金屬粒子及 · 各種添加劑。金屬-空氣燃料電池以氧或空氣（燃料）氧化 、
O:\71\71152-911030.ptc 第8頁 552736 案號 90111452 Λ_ 曰 修正 五、發明說明（5) 金屬陽極而操作，做為 中，流體陽極，特別是 至電池系統的多個電池 所得反應產物被持續自 容器的新的陽極燃料再 根據本發明的一個普 置的能量轉換系統提供 某量的排出物。該儲存 量轉換裝置的容器本體 相反變化體積的室以個 出物，一種結構被提供 第二室的體積。在能量 被供應且排出物同時在 ，該儲存容器可被移除 為新鮮燃料，接著將該 ，且新的燃料自先前為 的燃料供應室被接收。 根據本發明對燃料電 器被提供以儲存一定量 物。該儲存容器包括至 及至少一個具陰極的電 物質（金屬及電解質）以 傳送電路在該至少一個 與陽極物質接觸，相同 及在儲存容器的第二室 電化電池反應 鋅-金屬燃料 ，在操作期間 電池移出至儲 重新補充。 遍方向，在具 一個儲存容器 的一部份。在本發明 ，自單一儲存室供應 ，做為電池排出物的 存容器，且電池以自 容器包括 ，及包括 別儲存某 以減少第 轉換裝置 第二室被 並送至其 儲存容器 '排出物" 一可 位於 量的 一室 操作 接收 他位 與能 室注 至少 以儲 連接 容器 燃料 的體 期間 。當 置以 量轉 入， 一個能量轉換裝 量的燃料及 至少一個能 個可 的排 存某 至該 内的 及接 積， ，燃 燃料 再生 換裝 且消 至少二 收某量 並同時 料自第 供應耗 耗盡燃 置再次 耗物在 增加 一室 盡時 料成 連接 原先 池系統的一特定實施，單一儲存容 的電化陽極物質及一定量的反應產 少二個可相反變化體積的隔離室， 池元件並定義一體積以容納該陽極< 形成一個具陰極的電化電池。流體 電池元件及在儲存容器的第一室間 的或獨立的流體傳送電路與在電池 間與反應產物接觸。在一較佳具體
O:\71\71152-911030.ptc 第9頁 552736 案號 90111452 Λ_Ά 曰 修正 五、發明說明（6) 實施例中，傳送電路 的分支導管或導線管 擇性地傳送新的陽極 分別包括位於該電池及該儲存容器間 。每一個導線管包括一電絕緣閥以選 物質及反應產物至及自彼此電連接的 一組電池的一個電池 根 系統 為新 至電 個別 可位 送至 在 陽極 池前 器。 一子 這些 本 集來 將 少二 換裝 相 至能 將 據本發明 以於反應 的電化學 池及反應 體積。再 於較遠的 此0 另一方向，該燃料電池電力系統更包括一子 電池移至儲存容器後再生反應產物成 結構以當新的陽極物質傳送 室時可改變第一及第二室的 系統可位於電池附近，或是 燃料被分配後將儲存容器傳 產物自 陽極物 產物傳 生反應 位置， 質 及一 送至儲存 產物的子 且在所有 另一具體實施例中，儲存 及容納電 個別的第 亦可被建 解質的第 物質的第 ，這些成 同樣地， 室及容納 成份先彼 發明更進 自能量轉 一子室 份先自 儲存室 消耗電 此分開 容器的第一室包括容納新的 解質的第二子室。在送至電 一子室及第二子室送至混合 構為容納陽極反應物質的第 二子室，自電池送至儲室前 步提供一種供應燃料至能量、轉換裝置及收 之方法，該方法包括步驟： 連接至能量轉換裝置，此至 至能量轉換裝置及自能量轉 換裝置的排出物 具至少二室的儲存容器 的燃料送 室分別將 置接收排 反地改變 量轉換裝 該容器自 一定量 出物； 儲存室 置及收 該能量 中第一室 集來自能 轉換裝置 及第二室的體積以供應燃料 量轉換裝置的排出物； 分離；
O:\71\71152-911030.ptc 第10頁 552736 案號 90111452 年 月 曰 修正 五、發明說明（7) 在容器内將排出物轉化為燃料；及 重新連接該容器至該能量轉換裝置，以自第二室供應新 的燃料至能量轉換裝置及在第一室接收排出物。 在以上的特定應用中，本發明提供一種供應燃料至至少 一個燃料電池元件，及自至少一個燃料電池元件收集反應 產物的方法，該方法包括步驟： 將一具至少二室的儲存容器連接至燃料電池，以分別供 應陽極流體至該燃料電池元件及自該燃料電池元件接收反 應產物； 相反地改變在該儲存室第一及第二室的體積，以供應陽 極流體至該燃料電池及自該燃料電池元件接收反應產物；< 將該容器自該燃料電池分離； 將在第二室的反應產物轉化為燃料；及 重新連接該容器至該燃料電池，以自第二室供應新的陽 極流體至該燃料電池及在第一室接收反應產物。 現在本發明以特別參考相關圖示敘述。 圖示簡略說明 圖1為根據本發明的能量轉換系統及單一儲存容器的示 意圖，單一儲存容器為供應燃料至能量轉換裝置及自能量 轉換裝置接收排出物； 圖2為根據本發明的典型燃料電池電力系統的示意圖；着 圖3為圖2所示具體實施例的改良之示意，其改良方法為 加入雙-室混合區段以就地產生金屬漿狀液； 圖3 A為4個子室的儲存室及將消耗燃料分離為陽極金屬 及電解液的分離器元件之示意圖；
O:\71\71152-911030.ptc 第11頁 552736 修兵·
案號 90111452 五、發明說明（8) 圖4說明具可撓曲牆的儲存容器，以由手的壓力 存室牆而使陽極物質被輸送；及 £細健 圖5說明儲存容器的另一具體實施 立旦手 機構以自儲存容器分配陽極物質。 ，、 動活基 較佳具體實施例詳細敘述 典型金屬_空虱電池的低能量密度限制它們在高速 j如供給達交通工具動力的實際用⑨。本發明 ； 弟二電池系統的方式使用單一儲存容器以分配燃料及收隼 f再f成電化反應物（亦即大部份金屬氧化物），來 ς =技蟄的缺點。該混合構形（亦即可再補給燃料/可再 提供一長的放電期（或咼能量密度）、較快的再充 < 谷量而使在放電期間的性能增加及較長的循環生命。置 本發明使”燃料分流"具體化，其中僅使用一個燃料 :得到多重金屬/空氣電池電壓，而不會使電池短'路。:、 果，以本發明電池構形製造的電池可提供少 、了 時/公斤/750瓦小時/公升，使它們良好Γ也單瓦—小 混合電動交通工具的動力來源。 ^ 在本發明的較佳具體實施例中，去偏極陰極的空氣 2 =處理5—GG至2DGQ毫安培/平方公分的放電電流密度及倉: k供5000安培小時/公升的容量的電解質。較佳為人 f腐蝕性添加劑及合金的金屬陽極物質，該陽極物質較1 2佳
O:\71\71152-911030.ptc 1 ί金ί ”組成’粒子尺寸要能使在電化反應期間金 屬粒子不會在陽極表面完全被氧化，所選擇較佳的 圍為在約10毫微米Μ毫米Fb1，雖然較小的尺寸提的供較才祀 2 的容量、較佳的排除速率、及促進流體經過系統的較 552736 案號 90111452 年 月 曰 修正 五、發明說明（9) 送。 金屬燃料容器形狀要能使體積容量最大，及要能增加容 量與放電量。關於個別電池元件的形狀，對較大的電力密 度，圓筒形構形較佳，雖然在本發明範圍内可使用其他形 狀。 該儲存容器包括一種機械裝置以當新的金屬糊狀液自儲 存容器流動並進入個別電池及消耗金屬糊狀液自電池回到 儲存容器時，可相反地改變新的糊狀液（燃料）儲存室及反 應產物（排出物）室的個別體積。該機械裝置包括一定義室 間邊界的可移動牆，例如活塞、螺旋機構及其類似物。以 此方式，反應產物佔有先前放置新的金屬糊狀液的空間。1 該機械系統可被用來強制糊狀液流出容器，或是其可與在 流體路徑的外部幫浦合併操作。對具相當小的電力要求的 應用如消費性電子用品，儲存容器可以可撓曲牆設計，其 可以外力（例如由手）壓縮以強制將燃料注入電池中並強制 廢棄物質回到儲存室。 當許多電池電連接在一起，可使用絕緣/分流系統（ISS ) 以預防短路。I SS包括與個別燃料進料管線相通的一系列 閥，此個別燃料進料管線分別連接至每一個電池。此構形 使單一燃料儲存室可進料新的金屬糊狀液至許多電絕緣的 電池。該系統使用一π開π及π關π機構，當反應物質在"開π < 狀態被排空時，此系統選擇性地使新的金屬糊狀液注入個 別電池，在電池操作期間，I S S被關掉，且在每一個電池 的金屬糊狀液被自主要燃料官線電隔離。 在一具體實施例中，ISS包括一位於每一電池及主要進
O:\71\71152-911030.ptc 第13頁 案號 90111452 曰 修正 五、發明說明（1〇) ___ 料管線間的鐵弗龍（或.一些1 栓/閥可以習知方式在左或右=叙材料）活栓或閥，該活 。在另一具體實施例中，該S動以開或關糊狀液路徑 開或關糊狀液路徑，系統中^旎活栓/閥可旋轉90度以 旋轉，結果，串聯的電池以 栓/閥間斷地移動或 ，但以交錯方式進行。以此方;速率填充新的金屬糊狀液 料進料的電池間的電流洩漏或=豆踗。SS可預防經由金屬燃 為使糸統的體積效率最大，— 形狀且包括一空氣擴散陰極、一=二，電池較佳為具圓筒 控制器。金屬糊狀液持續注入一艾=、及一鎳基底電流 間預先定義的空間。傳導聚合物^ ，及陽極電流收集室 例揭示於同在申請中的1 9 9 9年2月，潯膜分離器材料的實鐵 第0 9 / 25 9, 0 68號，該案以引用 曰申請之美國申請案 極一傳導薄膜於此形成。薄膜的凝方膠式併入，且陽極-及陰 中的離子物質，以使物質的行 7、、、成匕括在其溶液相 固體凝膠組成物預防溶液相擴散進解液，但同時 份包括一支撐物質或基材，其 $置中，此種薄膜部 ，例如聚烯烴、聚乙烯醇、纖 Μ :編織或非編織織布 =定言之，薄膜的聚合物基；；J綸，更 貝，其在含聚合反應抑制劑及一或》二? 2包括一電解 :胺或酸單體的聚合反應產物的；飽和 基雙丙烯醯、丙烯醯胗、审奚系也之中早體較佳為亞甲孀 9 πμ· 胺甲基丙烯酸、丙烯酸、1 —乙烯其^ 籬；ίΪ:丄或其混合物。特定言之，該分離器包含二 ，\六口物基底固體凝膠薄膜，在其上包括一支撐 貝，〃浴液相内包含一具離子物質的聚合物基底凝膠
第14頁 552736 曰 五 案號90111452 年 月 發明說明（11) —___ 該聚合物基底凝膠包括一或多種單體取人 及一加強元素，單體由水溶性乙烯未飽=二反應產物， 族群選出，加強劑由水溶性及水溶脹2合j ^或酸所組成 出，其中加入離子物質於一或多種單體=所組成族群選 合反應前加入。可被用於本發明的其他八強元素在聚 同在申請中的2 0 0 0年1月11日申請之美刀器材料揭示於 〇 9 /4 8 2，126號，該案以引用的方式/入國。申^案第 不一種包括支撐物或底質及於其溶液相且Λ 6申凊案揭 ^凝膠組合物之分離器，在製備該分離/器 ，質的聚合 w將離子物質加入單體溶液且在聚合 ^饴聚合反應 ::聚合物凝膠内。離子物件行為類似；I g質仍在 表面，其允許離子交換以進行電池放電=不過的 物ί S ί!樹枝狀晶體滲漏及預防反應產物如金i ϊ ί 電度遠高於先前技藝固體電解曾的刀離盗離子導 該種性質。^固體電解質或電解質-聚合物薄膜的 曰；結構敘述於同在申請中的”"年1。… 曰申μ之吳國申請案第〇9/415, 4 ^8 併入。在該，449申請幸的昤炻七^ 該案以引用的方式 ，其以中間連接的孔2 金屬發泡基材 個疏水的微小多孔氣體浐& > t ^ /成，一個/舌性層及一< 爭夕矣；P外1 I擴政層皆位於金屬發泡基材的一式 :”。=2發泡基材提供陰極電流收集器的用5 〇微小多孔層為塑膠好^人$ & Α 〜州逑 亦可包括-由相當強鍵社力物（亦即ptfe)。陰極 強鍵〜加強的特別微結構，此鍵結由在
O:\71\71152-911030.ptc 第15頁 552736 案號 90111452 #：_Ά 曰 修正 五、發明說明（12) 金屬發泡基材的三度空間彼此連接孔隙内燒結一聚合物黏 合劑而提供。該反應層較佳由與黏合劑相同的材料製造， 此有利地使單一輥擠壓操作以同時注入黏合劑進入基材及 在其上形成反應層。形成此種電極的方法可包括混合碳及 聚合性黏合劑以形成一碳/聚合物摻合物、製備該碳/聚合 物摻合物做為液體分散液或漿液、在一大體上連續的方法 中將該碳/聚合物摻合物置於基材孔洞内；將活性層置於 基材上，及對與電流收集器孔洞同處的聚合物摻合物燒 對陽極電流收集器，一個整體的靜力混合器及電流收集 器被用來有效地混合金屬糊狀液以當燃料行經電池或電源1 堆疊時可固定地曝露未反應金屬於陰極表面。此靜力混合 器確保陰極及金屬糊狀液陽極間良好的接觸，以最適化放 能量容量。 一種較佳的金屬糊狀液展現高的電化活性、良好的流動 性、低的内電阻、及抗腐蝕性質。一種所欲的糊狀液組合 物包括金屬粉末（或先前所提及尺寸範圍的金屬粒子）、流 體凝膠或糊狀液形成電解質（如具約30-35 % ΚΟΗ溶液）、抗 腐蝕試劑、潤滑劑、及電傳導試劑及若需要或必須時，可 包括其他添加劑。 一種包含金屬顆粒（此可由如艾德利奇化學公司 < (Aldrich Chemical Co·)，密耳瓦基，威斯康辛州得到） ，及3 5%凝膠電解質（5%聚丙烯醯、35% K0H、60%水）的流 體糊狀液展現所欲的特性，包括低内電阻及良好的流動 性。
O:\71W1152-911030.ptc 第16頁 552736 __案號 9011UFi?_年月曰 倏正__· · 五、發明說明（13) 現在參照附圖的圖1 ，說明能量轉換系統1 〇的示意圖， 其包括一能量轉換裝置12、儲存容器14、及整體以參考數 字1 6表示的流體路徑。能量轉換裝置1 2將燃料轉換為能量 及排出物，且可為各種裝置中的任何一個，及燃料電池的 說明性應用於下文中更詳細說明。該儲存容器1 4分成至少 二個室1 8 a、1 8 b以個別儲存改變量的燃料及排出物，在此 方面，室18a、18b可相反地變化體積以使當燃料自室18a 先分配時’某一量的排出物在室1 8 b被收集。在全部自室 U a的燃料量被供應至能量轉換裝置丨2且室丨8 b充滿排出物〜 ，’儲存容器由一般命名為20a、20b的合適管件自流體路 fe 1 8分開。再將儲存容器送至一大體以2 7表示的設施/裝❶ 置以使用已知的加工技術再組成排出物成為新的燃料，或 燃料電池就地直接由一裝置再充電以用於較小規模應用如 下所述三，在於室18b (且室18a為空的）含新的燃料供應 的儲存谷器1 4再與流動路徑1 6連接且供給燃料至能量轉換 裝置的方法反過來，再將新的燃料自室1 8 b分配時且排出 物^室1 8 a被收集，之後再重覆整個方法。 說=於，1的儲存容器1 4以可移動牆2 2示意地說明，可 ί Ϊ爿回”。疋義個別室1 8 a、1 8 b間的邊界且其改變室的個別 體積。牆22可包括一個別的密封裝置24 (亦即一〇-環裝 間的茂露，踏22可經由機械機構（未示出）而« 又向驅動’機械機構可操作性地耦合至一活窠、螺旋 Π =類似物。可預期的是可使用許多方Ϊ且熟知 ^ U 了解此處所示出的特定實例並不欲做為限制
O:\71\71152-9ll030.ptc 第17頁 552736 _案號90111452_年月日__ 五、發明說明（14) 流動路徑1 6示意表示為包含一對幫浦2 6 a、2 6 b，其與以 實線及虛線表示的分支輸送管、導管或管子相通。一對閥 2 8 a、2 8 b可個別地帶動以選擇性地使路徑中的流體流至每 一室或自每一室流出。當燃料自室18a或室18b分配，及排 出物回至相對室18b或室18a，點線表示依個別幫浦26a、 2 6 b的操作的相反流動路徑。流動路徑1 6可進一步包括一 或更多排氣口及在流體水管技藝中已知的相關零組件型態 ，這些組件未示出以簡化之且為熟知本技藝者已知。 現在參照圖2，所示為在第一具體實施例的典型燃料電 池電力系統3 0的示意圖。電力系統3 0 —般包括一儲存容器 3 2、電源堆疊3 4、流動路徑3 6及閥/絕緣系統（I SS ) 3 8。® 該儲存容器包括一對可相反變化體積的室40a、40b，如前 文相關於圖1說明的一般具體實施例所示。如圖2所示，流 體陽極性質起初包含於室40a，流動路徑36包括一幫浦42 (單一幫浦被表示，但可裝設超過一個，且額外的幫浦位 於室4 0 a附近）以驅動流體流經系統。燃料每初由室4 0 a分 配至ISS 38，該ISS 38包括具個別旁支管子46a-d的燃料 進料導管44以自儲存容器32的陽極糊狀液（或在循環反轉 為反應產物）連通至許多相對應電池元件4 8 a - d。每一個電 池具上述實例型式的空氣-陰極裝置49。具個性分支管線 5 2a-d的類似導管50經由幫浦42連接至儲存容器32。形成雜 電源堆疊的電池元件以習知方式彼此電連接且經由端點 5 3 a、5 3 b與外部應用相通。以實例用循環操作期間，燃料 自室40a·傳送且反應產物自電池元件48a-d連通至室40b。 經由移動儲存容器32内的隔板54—特定距離，在儲存室
O:\71\71152-911030.ptc 第18頁 552736 案號 90111452 #：_Ά 曰 修正 五、發明說明（15) 40b的反應產物的儲存體積增加，且在室40a的陽極流體的 儲存體積減少（具2 0 %體積補充以解釋當新的燃料轉化為反 應產物時的體積變化）。在燃料被消耗後，該儲存容器3 2 再被送至充電站（示意於圖1)以再充電/再組成反應產物成 為新的陽極物質。或者，廢棄產物可就地以本技藝已知的 方式施用一電壓於被氧化物質來充電。充電後，儲存容器 3 2再連接於系統且循環是反方向的，新的陽極燃料自室 40b分配且反應產物收集於室40a。 相對應閥46 a-d及52 a-d分別配對操作以選擇性地注入燃 料及排出反應產物至電池。鄰近電池的入口及出口閥每一 個皆獨立操作，以使一次僅有一個單一電池被供以燃料及 排出反應產物，結果，在個別電池間沒有經由在供應/移 除路徑上的傳導金屬陽極物質的電連續。此種電池設計具 少量移動零件及為可立即取得材料的簡單構造。包括如上 所述的金屬粒子及凝膠電解質的漿糊型式之燃料可在一外 部幫浦的壓力下經過系統自由流動，其流動方式類似於 02-H2燃料電池的氫氣燃料。將燃料供應及廢棄物質的儲存 整合於單一容器，且此容器被分隔為可相反改變的個別組 成儲存體積，此種整合提供了較佳的空間利用，簡化了燃 料的儲存、供應及輸送且最終提供消費者降低的能量成 本。 · 現在參照圖3，說明金屬-空氣電池電力系統3 0 ’的另一 具體實施例，與上述具體實施例相似的組件被類似地編 號。燃料電池電力系統3 0 ’ 一般包括一儲存容器3 2 ’、電源 堆疊3 4、流動路徑3 6 ’及閥/絕緣系統（I S S ) 3 8。該儲存容
O:\71\71152-911030.ptc 第19頁 552736 案號 90111452 一_ 月 曰 修正 五、發明說明（16) 裔已被改良以包括許多室5 6 a、5 6 b及5 8。根據以上討論原 則，室5 6 a及5 6 b被一起驅動且體積變化與室5 8相反。此處 流體陽極金屬與電解質分開，金屬起初包含於室5 6a，且 電解，包含於室56b。流動路徑36包括幫浦42a以驅動流體 流經系統，一混合器5 8與個別室5 6 a、5 6 b相通以在經由幫 浦4 2 b及燃料進料導管4 4輸送至電池前先混合流體金屬及 電解質成為’’陽極糊狀液"。許多個別旁支管子46a — d自儲 存容器32將陽極糊狀液送至許多相對應電池元件48a-d。
I 具ΐ f旁支管子52a — d的類似導管50經由幫浦42a連接至餘 存容器3 2 ’ 。形成電源堆疊的電池元件以習知方式彼此電 連接且經由端點5 3a、5 3b與外部應用相通。在操作期門， 陽極f屬與電解質分別自室56a、56b送出，在混合器。合 併，並迗至電池48a_d。當電池放電時，反應產物送至 50丄^由移動儲存容器32，内的隔板54 一特定距離，在 才ί S严!!二ί產物的儲存體積增加，且在室56a、56b的妙· 將該儲存容ϋ32 ΛΛΓ ΐ積°如上所述再 電解質β八^ 达至充電站。此種構形經由維持金屬盥 電 疋刀開的直到要在電池使用烬料的方弋氺法丨、押、 的可能性。 义巾槪了叶的方式來減少腐蝕 於圖3Α所示的先前實施例的改良，儲在六吳Q0, l 可被分隔成為早它^ 储存谷益32,的室58 句千至58a、58b，且一分離哭^ β π —r 被提供。陽極金屬及電Λ 並再個別儲存於；j5=個58另:的陽極金屬及電解質成份， 仔於子至58a、58b。這些室類似於上述的金屬
552736 _案號901Π452_年月曰 修正_， 五、發明說明（17) 及電解質供應室56a、56b。以此方式，在室58a的金屬氧 化物被還原成新的金屬且電解質在室5 8 b被再組成或置換 。之後，操作循環被倒反如上所述。 現在參照圖4，說明一儲存容器6 2以用於消費性電子用 品，例如家用器具或其類似物。該儲存容器6 2包括一可撓 曲槽（亦即塑膠）及一固定隔板64，隔板64定義第一室66a 及第二室6 6 b以個別儲存陽極物質及收集反應產物。在此 具體實施例中，施於槽壁的壓力會強制使陽極物質自儲存 室66a及經導管68至電化電池（未示出），反應產物經由第 二導管70回到室66b。此”可壓縮的”儲存容器以具足夠厚 度及具足夠彈性性質的牆設計以允許在儲存容器牆上的手〇 壓力以自儲存容器π擠出π —體積的燃料。雖然在附圖中一 個人的手被示意地畫出，可預期地是可使用一外界壓縮裝 置。一個較佳的方法可以”擰壓作用”施用徑向壓力於儲室 壁以均勻分配燃料。 現在參照圖5，說明儲存容器72的另一具體實施例，其 包括本體74、及柱塞76。該柱塞76包括一具密封組件79及 定義相反可變化體積的室80a、80b的活塞78以提供上述詳 細討論的功能性。一對導管8 2、8 4分別與室8 0 a、8 0 b連通 。柱塞76包括一延伸的中空本體86及一把手部份88以促進 其抓握。導管84通過該中空本體86並與室80b合併如所示I. 。如圖中所示，當柱塞76前推至左側，室8 0 a的體積被減 少，且室8 0 b的體積同時增加，進而強制使新的燃料自室 8 0 a流出並允許反應產物或廢棄物於室8 0 b被收集。 要了解的是本發明的先前圖示及敘述僅為說明用途，且
O:\71\71152-911030.ptc 第21頁 552736 _案號90111452_年月曰 修正_ 五、發明說明（18) 可預期可由熟知本技藝者由此進行明顯的修改，而不偏離 如申請專利範圍所定義的本發明範圍。雖然實例以金屬空 氣槽及電池示意及說明，本發明的單一儲存容器可良好地 適用於需要廢棄物或反應產物的收集或儲存的任何能量轉 換裝置。
O:\71\71152-911030.ptc 第22頁

Claims (1)

  1. 552736 _案號90Π1452_%年月J0日 修JL·本_· : 六、申請專利範圍 1. 一種儲存一定量燃料及一定量排出物的儲存容器，其 係用於具至少一個能量轉換裝置的能量轉換系統之用途該 儲存容器包括： 可連接於該至少一個能量轉換裝置的容器本體及包括 位於該容器本體内的至少二個可互呈相反變化體積的室以 個別儲存某量的燃料及接收某量的排出物；及 減少該第一室的體積且同時增加第二室的體積的裝 置。 2. —種能量轉換系統，其包括： 一種儲存容器，其含至少二個可互呈相反變化體積的 室以個別儲存某量的燃料及接收某量的排出物； I1 減少該第一室的體積且同時增加該第二室的體積的裝 置； 至少一個能量轉換裝置； 連通該至少一個能量轉換裝置及在該儲存容器内該第 一室間的燃料的第一裝置；及 連通該至少一個能量轉換裝置及在該儲存容器内該第 二室間的排出物的第二裝置。 3. 如申請專利範圍第2項之能量轉換系統，其中該至少 一個能量轉換裝置包括一種含陰極的燃料電池元件，且該 儲存容器用以儲存某量的電化陽極物質，及某量的反應產4 物。 4. 如申請專利範圍第3項之能量轉換系統，更包括： 在該儲存容器再生反應產物成為新的電化陽極產物的
    O:\71\71152-911030.ptc 第24頁 552736 _案號90Π1452_年月曰 修正__ 六、申請專利範圍 裝置；及 當新的陽極物質傳送至該燃料電池元件且反應產物傳 送至該儲存容器時改變該第一及第二室的個別體積的裝 置。 5. 如申請專利範圍第3項之能量轉換系統，其中連通用 途的該第一裝置及連通用途的該第二裝置分別包括至少一 個導管，其耦合該至少一個燃料電池元件至該儲存室，每 一個導管含電絕緣閥以可選擇性地使新的陽極物質及反應 產物送至或自彼此電連接的電池元件的族群中的單一燃料 電池元件。 6. 如申請專利範圍第3項之能量轉換系統，其中該第一 室包括為容納新的陽極物質的第一子室及容納電解質的第 二子室以用於該至少一個燃料電池元件，且該系統更包括 在送至該至少一個燃料電池元件前，自個別的第一子室及 第二子室混合新的陽極及電解質物質的裝置。 7. 如申請專利範圍第6項之能量轉換系統，其中該第二 室包括容納陽極反應物質的第一子室及容納消耗電解質的 第二子室，且該系統更包括分離陽極反應物質及消耗電解 質的裝置。 8. 如申請專利範圍第3項之能量轉換系統，其中該陽極 物質包括金屬，且該陰極包括空氣去偏極器元件。 9. 如申請專利範圍第8項的能量轉換系統，其中該陽極 物質為由65重量％金屬顆粒，及35重量％凝膠電解質組成的 流體糊狀液。
    O:\71\71152-911030.ptc 第25頁 552736 案號 90111452 Λ_ 曰 修正 六、申請專利範圍 1 0 .如申請專利範圍 電解質包括至多5%聚 Π .如申請專利範圍 包含於凝膠分離器元 1 2 ·如申請專利範圍 容器具至少一個可撓 置以強制使陽極物質 燃料電池元件。 1 3.如申請專利範圍 包括金屬發泡基材， 面上的一個活性層及 14. 一種在一能量轉 第9項之能量轉換系統，其中該凝膠 丙烯醯、35% ΚΟΗ及水。 第3項之能量轉換系統，其中該陰極 件。 第1項之能量轉換系統，其中該儲存 曲牆且系統包括壓縮該可撓曲牆的裝 自該儲存室流出，並進入該至少一個 收集來自能 將儲存 至少二室以 能量轉換裝 在該儲 料至該能量 1 5 .如申請 將该容 在該容 再連接 的燃料且在 量轉 容器 分別 置接 存室 轉換 專利 器自 器内 該容 換裝 連接 供應 收排 相反 裝置 範圍 該能 將該 器於 該第一室 1 6 . —種在一燃料電 第3項之能量轉換系統 其具位於金屬發泡基材 一疏水的微小多孔氣體 換系統中供應燃料至能 置的排出物的方法，其 至該能量轉換裝置，且 某量的燃料至該能量轉 出物；及 變化該第一及第二室的 及自該能量轉換裝置接 第14項之方法，更包括 量轉換裝置分開； 排出物轉變為燃料；及 該能量轉換裝置以自該 收集排出物。 池電力系統中供應燃料 ，其中該陰極 的至少一個表 擴散層。 量轉換裝置並 包括步驟： 儲存容器包括 換裝置及自該 體積以供應燃 收排出物。 步驟： 第二室供應新 至至少一個燃
    O:\71\71152-911030.ptc 第26頁 552736 _案號 90111452_年月日__’ 六、申請專利範圍 料電池元件、及自至少一個燃料電池元件收集反應產物的 方法，該方法包括步驟： 將一個具至少二室的儲存容器連接至燃料電池，以分 別供應陽極流體至該燃料電池元件及自該燃料電池元件接 收反應產物；及 相反改變在該儲存室的該第一及第二室之體積，以供 應陽極流體至該燃料電池及自該燃料電池元件接收反應產 物。 1 7.如申請專利範圍第1 6項之方法，更包括步驟： 將該容器自該燃料電池分離； 將在該第二室的反應產物轉化為燃料；及 重新連接該容器至該燃料電池，以自該第二室供應新 的陽極流體至該燃料電池及在該第一室接收反應產物。 1 8. —種用於至少一個燃料電池2燃料供應系統，其包 括·· 一個儲存容器，以儲存某量的電化陽極物質及某量的 反應產物，該儲存容器包括位於至少二個可互呈相反變化 體積的隔離室； 連通連接至該儲存容器的至少一個電池及在該儲存容 器的該第一室間的陽極物質之第一裝置； 連通電池及在該儲存容器的該第二室間的反應產物之4 第二裝置； 當新的陽極物質傳送至該電池及反應產物傳送至該儲 存容器時可改變該第一及第二室的個別體積的裝置。
    O:\71\71152-911030.ptc 第27頁 552736 修正羊 案號 90111452 六、申請專利範圍 1 9.如申請專利範圍第1 8項之燃料供應系統，更包括： 於反應產物自該電池移出後，再生儲存容器内的反應 產物成為新的電化陽極物質的裝置；及 當新的陽極物質傳送至該電池元件及反應產物傳送至 該儲存容器時可改變該第一及第二室的個別體積的裝置。
    O:\71\71152-911030.ptc 第28頁
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