基於儲存氫的可再充燃料電池系統的製作方法
2023-04-26 07:24:01 1
專利名稱：基於儲存氫的可再充燃料電池系統的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及燃料電池技術領域。更具體而言，本發明涉及混合燃料電池系統，其中儲氫材料作為燃料電池的固態氫源，作為燃料電池陽極以及作為氫發生器的活性電極。
背景技術：
燃料電池技術有潛力顯著地降低能量使用和有害物質排放。燃料電池能夠進行高效能量轉換，其可以在運輸或者固定應用中使用。至於運輸應用，燃料電池代表了使用傳統內燃機的車輛的有前途的替代物，傳統的內燃機燃燒化石燃料諸如汽油或柴油。內燃機產生有害顆粒並向我們的大氣中增加溫室氣體。另一方面，燃料電池車輛以純氫為燃料，並且僅以電功率和熱能的形式排放水和能量。此外，燃料電池車輛效率可以是傳統車輛效率的兩倍。內燃機將汽油中包含的小於約20％的能量轉換為驅動車輛的動力。由氫燃料電池驅動的車輛是更高效的，利用大於約40％至約50％的燃料能量。如果燃料電池由純氫驅動，其可以具有約70％至約80％的效率的潛力。
一般而言，燃料電池通過化學反應產生能量，該反應將氫燃料和氧轉化為水，在反應中產生電流和熱量。燃料電池的操作非常類似於具有持續更新反應物的蓄電池。儘管蓄電池可以用電流進行再充電，但是燃料電池使用氫和氧進行再充。傳統的燃料電池車輛可使用純氫，烴燃料或者固態材料。燃料電池堆使用由燃料源提供的氫來產生電流從而為一個或者多個使車輛移動的電馬達供電。燃料電池堆可包括數百個燃料單電池。在許多情況下，使用蓄電池來存儲由燃料電池堆和車輛中其它系統如再生制動系統產生的電能。存儲在蓄電池中的能量還可以用來驅動電馬達以及車輛中附加的電氣系統。可以使用空氣壓縮機從環境向燃料電池提供氧。提供至燃料電池堆中的氧的量取決於車輛所需的功率大小。燃料電池產生的電量取決於向它提供多少氫和空氣。
與蓄電池受限於其內所儲存的能量不同，只要提供燃料，燃料電池就能夠產生能量。儘管蓄電池電動車輛使用存儲在蓄電池中的外部來源的電能，然而燃料電池車輛產生自己的電能。燃料電池還能夠提供比用於電動汽車的傳統蓄電池更大的能量密度或電流密度。這可以使燃料電池車輛裝備比現在使用汽油驅動的車輛中更精細複雜和更大功率的電子系統。比如，車輛控制傳感器數量的增加可以改進操作和制動系統，使車輛更加安全。
多種燃料電池車輛設計方法集中在使用烴或者醇燃料，比如甲醇、天然氣和石油餾出物。使用這些類型燃料的車輛需要重整器，其用以打斷烴燃料變為用於燃料電池的氫、二氧化碳和水。由重整器產生的氫不是純的，這降低了燃料電池的效率。增加重整器將烴燃料轉化為氫將燃料電池的總效率降低至約30％-40％。儘管該系統和內燃機一樣都產生一氧化碳，但是由燃料電池產生的一氧化碳的量更少。在這一系統中，比如，來自燃料罐的甲醇可以首先暴露在汽化器中，汽化器產生汽化的甲醇和氣流。然後汽化的甲醇暴露在重整器中，產生氫、二氧化碳和一氧化碳。然後對燃料進行清洗以產生氫和二氧化碳。氫被燃料電池使用，而二氧化碳被排放至空氣中。使用烴燃料的缺點包括(1)車載的重整器增加了燃料電池系統的複雜性、成本和維護費用；(2)如果重整器使一氧化碳進入燃料電池陽極，將會逐漸降低燃料電池的性能；(3)重整器產生少量的溫室氣體和其它空氣汙染物；以及(4)重整器的瞬間操作。
關於燃料電池，還存在許多其它挑戰，比如車載氫存儲，安全性，充填效率，燃料再循環，向用戶提供氫，寒冷氣候操作，成本和大眾可接受性。使用當前的存儲系統(比如壓縮的或者液態氫)，很難在燃料電池車輛上車載足夠的氫以使其能像帶有滿燃料箱的傳統汽車那樣行走的那麼遠。氫氣非常分散並且僅有較少重量的氫氣可以存儲在合理尺寸的車載燃料罐中。這個問題可以通過增加氫氣存儲壓力來解決，但是這一方法增加了安全問題並且需要使用附加的壓力設備，這增加了成本、重量，填充效率和安全問題。
存在極大的需求以克服上述現有技術中的缺點。所需要的是替代傳統內燃機和使用烴燃料作為其燃料源的燃料電池的安全、高效和低成本的替代物。存在極大的需要尋找有效、高效的方式持續產生和存儲氫以提供連續的操作。進而，所需要的是從內部源獲得能量並將其存儲在系統中的可再充燃料電池系統。
發明內容
為了滿足上面提到的需求，本發明通過多個實施例描述了可再充的基於氫存儲的燃料電池系統。在多個實施例中，公開了氫發生器/燃料電池混合系統的新設計，其中儲氫材料具有以下三個功能(1)用於燃料電池部件的固態氫源；(2)用於氫發生部件的活性電極；以及(3)一部分或者全部電極起到燃料電池部件的陽極的作用。通過使用這一設計，實現了真正的可再充燃料電池。在多種實施例中還描述了基於先進固態燃料材料的氫發生器/燃料電池混合系統。
在多個實施例中，本發明提供了一種用於將電能轉化為化學能以及將化學能轉化為電能的電化學系統。該系統包括將電能轉換為化學能的裝置和將化學能轉換為電能的裝置。在一個實施例中，將電能轉化為化學能的裝置是固態儲氫材料，將化學能轉化為電能的裝置是燃料電池。氫、氧和水可在該系統中進行再循環。
在多個實施例中，先進儲氫材料(如具有改進的儲氫容量的複合材料)用作固態氫源，並同時也作為燃料電池部件的陽極。在這樣的系統中，不需要分離的氫源。此外，儲氫材料起到氫發生組件的活性電極的作用，以使得用水將氫容易地再充入儲氫材料中。由於儲氫電極的多重作用，提高了所述系統的填充效率。此外，通過取消使用壓縮氫氣和獨立的儲氫部件，提供了系統的安全性。
在一個實施例中，具有改進的儲氫容量的先進複合材料可以使用，比如金屬、金屬氫化物、導電聚合物、金屬氫化物/碳、其它種類二元/三元複合材料、納米複合材料、陶瓷和有機氫化物，但是並不僅限於這些。在本發明系統中可以使用傳統的和新型固態燃料電池材料。固態燃料電池材料使電化學產生電功率的系統得到了改進，同時克服了傳統蓄電池和燃料電池技術的限制。
在另一個實施例中，本發明提供了電化學系統，該系統提供了改進的性能參數，比如由於使用了固態燃料而提高了能量密度、減少了再充次數和減少了安全問題。
在又一個實施例中，本發明提供了電化學系統，其具有改進的設計靈活性，能夠在運輸應用、住宅應用、商業和工業設施、和大型發電應用中使用。
在又一個實施例中，本發明的燃料電池部件為一個電化學裝置，其包括一對或者多對隔開的陽極板和陰極板，設置在陽極板和陰極板之間的電解質，以及向一個或者多個陰極板輸送空氣的空氣輸送裝置。該燃料電池將組成電池的化學反應性材料之間發生的化學反應產生的自由能轉化為電能。在多個實施例中，陽極包括固態儲氫材料，而陰極包括多孔結構，空氣可以有效地作為氧化劑供給到其中。
本發明系統的這些以及其它特徵、方面和優點可以通過此後參照附圖進行的詳細說明得到更好的理解，其中圖1為根據本發明的一個典型實施例的用於將電能轉化為化學能以及將化學能轉化為電能的電化學系統的示意圖；圖2為根據本發明的一個典型實施例的再充固態儲氫材料的反應的圖解；圖3為根據本發明的一個典型實施例的再充金屬氫化物儲氫材料的圖解；圖4為根據本發明的一個典型實施例的在運輸應用中的圖1所示電化學系統的示意圖。
具體實施例方式
根據需要，在此詳細地公開本發明的實施例，但是，應該理解的是這些公開的實施例僅是可以多種變型和其它可選方式進行體現的本發明的典型實施例。在此公開的特定的結構和功能細節不能被解釋為限制性的，而僅僅是作為權利要求的基礎，作為教導本領域的技術人員以多種方式應用本發明的代表性基礎。在所有附圖中，使用相似的附圖標記表示相似的元件。如下面所述的電化學系統適用於一般性的電力生產、運輸用途、可攜式電源、家用和商用電力生產、大功率發電和可以從使用這樣的系統中獲益的其它應用。
現在參照圖1，附圖標記20顯示的是包括燃料電池/氫發生器混合設計的電化學系統的一個實施例。該電化學系統可操作用於將電能轉化為化學能，並且將化學能轉化為電能。該系統包括用於將電能轉化為化學能的裝置以及用於將化學能轉化為電能的裝置。在一個實施例中，用於將電能轉化為化學能的裝置是固態儲氫材料，而用於將化學能轉化為電能的裝置是燃料電池。氫在該系統中進行循環。
電化學系統20包括氫發生器部件22和燃料電池部件24，這些部件通過共用電極結構性和操作性地連接在一起。燃料電池部件24包括作為負極26的陽極和作為正極的燃料電池陰極28。陽極和陰極可以通過諸如質子交換膜(PEM)30的燃料電池膜相互隔開。儘管燃料電池的結構和材料可以變化，但是燃料電池部件24是在催化環境中化學結合氫和氧化劑以產生直流電輸出的電流能量轉化裝置。在一種形式的燃料電池中，燃料電池陰極28和材料限定出氧化劑的通道，負極26和材料限定出燃料的通道。燃料電池陰極28優選為微孔結構，液體不易於或者不能自由地通過該微孔結構進行流動，但是在壓力下氧可以進入並通過該微孔結構，由此將氧供給以支持在燃料電池部件24內發生的化學反應。包含氧的氣體可通過陰極供應管道32輸送進入燃料電池陰極28。在一個實施例中，環境空氣可以作為氧源。
質子交換膜30(電解質)將燃料電池的陰極28和負極26材料隔開。質子交換膜30傳導正離子而阻止電子通過。由於膜材料的熱學性能的限制，使用質子交換膜30的燃料電池在相對較低的溫度比如大約100℃下進行工作。PEM 30燃料電池還具有高功率密度，可以迅速改變其輸出滿足功率需要變化，並且適用於那些需要快速啟動的應用中。陽極26和陰極28提供了燃料電池部件24內部電流與多個集流器31之間的內部流動通路，其進而連接至一個或者多個外部負載33。在燃料電池部件24的工作過程中，由於催化劑的作用可以通過分解氫分子和原子產生電子，然後所述電子通過集流器31傳送到一個或者多個外部負載33。燃料電池部件24中的單電池的工作電壓最大可以為大約1V。由此，多個單電池可以串聯或者並聯起來以獲得足夠大的負載電壓，這在下文中將詳細進行描述。燃料電池部件24中的各層，包括陽極26、電解質30和陰極28是導電的，或者是電子導電或者是離子導電。
燃料電池部件24提供用以向一個或者多個電馬達或者任何附加的電氣部件或系統供電的直流電壓。本發明的燃料電池部件24從固態材料和水或者其它氫源中獲得氫。燃料電池部件24的負極26，即陽極，可以操作性地傳導從固態儲氫材料中釋放出的電子，以使其能夠被供給集流器31。負極26可包括蝕刻進入其表面中用以在質子交換膜30的催化劑表面上均勻地分散氫的通道。燃料電池陰極28還可包括蝕刻進入其表面中用以將氧分散到質子交換膜30的催化劑表面上的通道。燃料電池陰極28進一步操作性地將電子從外部電路傳導回至催化劑，在那裡電子與氫離子和氧重新結合生成水。催化劑操作性地用以促進氫和氧之間的反應。催化劑可包括面對質子交換膜30的包含但不限於鉑、鈀和釕的材料。鉑的表面狀態使其能以最大的表面積暴露在氫或氧中。在存在催化劑的條件下，氧分子被分解為氧原子，並從外部電路接收電子，同時與氫反應，由此生成水。在這個電化學反應中，在兩個電極之間產生電位。
混合系統中的氫發生部件22提供能量儲存容量，並且分享燃料電池部件24中的電極26。氫發生部件22進一步包括電極34和隔板36。氫發生部件22的結構一般為包括一個或者多個同樣的電池，每個電池包括電極34、電極26和隔板36。電極26包括儲氫材料38並發揮多重作用(1)用於燃料電池部件24的固態氫源；(2)用於氫發生部件22的活性電極26；以及(3)一部分或者全部電極起到燃料電池部件24的陽極的作用。
電化學氫發生部件22具有儲存特性，其特徵在於能夠在充電階段接收直流(DC)電能，從而將固態材料轉變為富氫形式，在充電保持階段保持能量以化學能形式存在，然後在放電階段應燃料電池部件24的需要釋放儲存的能量。氫發生部件22能夠基於其可再充性質在合理的使用周期中反覆操作這三個階段。電能可由外部源、再生制動系統、以及任何其它可以提供電能的來源供應。固態材料可以通過施加外部電壓用氫來進行再充。通過使用這一設計，實現了真正的可再充燃料電池而不要分離的氫源。
燃料電池部件24和氫發生部件22之間的一個不同之處在於氫發生部件22直到再充時僅具有有限量的儲存能量，而只要向其提供燃料和氧化劑，燃料電池部件24就將持續產生電功率輸出。
為了產生電能，燃料電池部件需要氫和氧。與任何烴燃料相比，氫單位重量包含更多的化學能。本發明的電化學系統20使用能夠儲存氫的固態材料，例如但是不限於導電聚合物、陶瓷、金屬、金屬氫化物、有機氫化物、二元或者其它種類的二元/三元複合材料、納米複合材料、碳納米結構、氫化物漿料以及其它任何具有氫儲存容量的先進複合材料。在本發明的實踐中可使用傳統和新型固態燃料作為共用電極26。
固態儲氫材料顯著地提高了能量密度，並且對於運輸應用是十分理想的。與需要再充氫燃料的傳統的氫-氧燃料電池不同，本發明的燃料可通過再充電和提供水而得到再生。本發明的燃料也是固態的，使其可以安全地進行處理和儲存。固態燃料具有兩個同時進行的功能，即能量儲存和能量產生。由此，混合系統可以再充並同時提供氫燃料，並且輸出的功率密度取決於其能量儲存容量。換句話說，電功率的產生與能量的儲存相結合。
適於在本發明實踐中使用的固態材料應該能夠吸收大量的氫，並且該材料還應該能夠保持高度的結構完整性和在多次充/放循環中良好的氫吸收特性。換句話說，結構的完整性不應影響容量，固態材料在氫吸收的多次循環中應該具有較高的穩定性。
如上面所述，在本發明的實踐中可以使用多種固態材料。在一個實例中，已發現金屬氫化物可以用於本發明的氫發生和儲存系統中。金屬氫化物材料可以提供以下多種功能(1)用於燃料電池部件24的固態氫源；(2)用於氫發生部件22的活性電極26；以及(3)一部分或者全部電極起到燃料電池部件24的陽極的作用。金屬氫化物可具有化學通式MxHy，其中M為金屬，比如包括鎳、鎂、鋁、鋰、硼、鋯和鈦。H是氫。用於本發明的金屬氫化物的例子包括但不限於LaNi5，FeTi，FeTiMn，ZrMn2，Ti，WO3，V2O5，NaAlH4，LiBH4及其混合物。固體比如金屬氫化物的體積氫密度是相當高的，從而使其成為緻密的儲存介質。此外，通過結合氫成為固體，除非施加熱量否則氫不會脫附出來，由此提高了安全性。
氫的吸附或脫附需要增加或者除去熱量。可以通過使固態富氫材料接觸熱量或者進行隔熱處理，從而控制氫的發生。可設置加熱/冷卻通道用於向/從包含固態材料的結構增加/除去熱量。可設置傳熱表面鄰近固態材料外殼以提供良好的熱傳導性能。當燃料電池部件24向電化學系統20需求氫時，熱量被施加到儲氫材料上。在加壓的結構中可控制氫的釋放。當負極26上的氫的壓力較高時，不需要釋放氫。
氫化物一般儲存重量百分比大約為1％-7％的氫，並且具有高於液體或者固體氫的較高的體積存儲密度。在壓力下使用固態材料吸附氫的過程中，氫化物吸收氫並釋放出熱量。當降低壓力和施加熱量時，儲存的氫從固態材料中釋放出來。可以基於重量、氫容量、氫吸附/脫附的速度、氫化/脫氫的溫度、氫化/脫氫的壓力和循環穩定性選擇固態儲氫材料。
參照圖2，在混合系統20的氫發生部件22中發生兩個電化學反應，在陽極26發生一個電化學反應，在陰極34發生一個電化學反應。總反應用方框40表示。在氫發生部件22的電極(陽極26)上，電子與氫和反應基(R)相結合形成再充的儲氫材料(方框42)。在另一個電極(陰極34)上，水分解為氧氣和質子，其被傳輸通過質子導電的電解質(方框44)。圖2所示的反應為儲氫材料的再充反應。該再充反應將電能轉化為化學能。
在該再充階段可過量釋放出氧。氧可被排放進入大氣或者再循環進入燃料電池部件22，在那裡它與氫結合生成水。混合系統20的再充導致生成了可進行再循環的水和氧。電化學系統20可需要進行冷卻和排水管理以適當的發揮功能。由燃料電池部件24產生的水可進行再循環，通過儲存罐回到氫發生部件22，在那裡它被用來與電流一起再充固態燃料。由燃料電池部件24產生的熱量僅夠有限的使用。混合系統中僅存的液體是水，由此限制部件發生腐蝕問題。質子交換膜30中的水管理對於效率性能而言是關鍵的。因為膜必須是水化的，所以燃料電池部件24必須在副產物水的蒸發不比它的產生更快的條件下才能進行工作。
與使用氫或者氣體不同，通過使用固態儲氫材料以及可再充系統20，不需要在電化學系統20內儲存大量燃料。如果需要的話，可以向系統20中加入水，而氫、氧和水可以進行循環。系統性能取決於所使用的材料。氫在向系統20施加需要的操作中被釋放，並被將化學能轉化為電能的裝置(比如燃料電池部件24)消耗，然後系統20通過向氫發生部件22供應水和電能而再充。系統20的工作與具有持續更新的反應物的蓄電池系統相類似。該電化學系統20還可以在輸出功率時進行再充。
參照圖3，金屬氫化物是具有潛力的固態儲氫材料的一個例子。為了將電能轉化為化學能，在混合系統20的氫發生部件22中發生兩個電化學反應，在陽極26發生一個電化學反應，在陰極34發生一個電化學反應。總反應顯示在方框50中。在酸性條件下，在金屬氫化物電極(陰極34)上，電子與氫和金屬相結合生成金屬氫化物(方框52)。在另一個電極(陽極26)上，水分解為氧氣和質子，其被輸送通過質子導電的電解質(方框54)。圖3所示的反應為金屬的再充反應。如果金屬化合物為固態材料，那麼燃料電池部件24消耗從金屬氫化物中釋放的氫，並在電極中留下金屬。在再充操作中發生電化學反應，在燃料電池操作過程中發生化學釋放。燃料電池操作使用並消耗氫，從而導致金屬氫化物釋放出更多的氫。當氫被消耗完而僅剩下金屬時，使用水和電壓進行再充使其變回金屬氫化物。
上面已經對水作為氫源進行了描述，但是，水並不是本發明的限制性實例。在其它實例中，其中氫源可包括甲醇、硼氫化鈉、環己醇和苯胺。
參照圖4，在一個非限制性實例中，本發明的電化學系統20可以用於運輸應用中。化學能到電能的轉化裝置(比如燃料電池部件24)可被構造成分開的單電池，或者被構造成燃料電池堆。在堆結構中，預定數量的單電池一個接一個連接起來，以提供相應高的輸出電壓。在一個例子中，燃料電池堆可包括數百個單電池。通過串聯或者並聯連接這些電池以形成堆，可以產生足夠大的用於驅動車輛的電壓和電流。可使用使燃料和氧化劑氣體相互隔開的互連材料在相鄰電池之間實現串聯連接，同時使一個電池的陽極26與相鄰電池的陰極28電子連接。一般而言，每個燃料電池僅產生大約1V的電壓，其自身不足以有效地為車輛供電。可以使用燃料電池堆來增加總電壓輸出，從而產生足夠大的能量來有效地為車輛供電。
通過結構性連接燃料電池堆和電能到化學能的轉化裝置(比如氫發生部件22)，從而獲得了改進的設計靈活性。通過取消對單獨的儲氫部件的需求，安全性和可靠性得到提高。水是氫源的一個例子，且水可以作為液體儲存在水儲存罐60中。可儲存足夠量的水以提供充足的氫，從而使車輛獲得適當的駕駛距離。由燃料電池部件24產生的水可以儲存在儲存罐60內，並且再循環至氫發生部件22。
可以使用空氣壓縮機單元62由周圍環境向燃料電池部件24的陰極28提供氧化劑。燃料電池堆產生的電流量取決於向它提供了多少氫和空氣。空氣壓縮機單元62用以根據功率需求控制空氣供給至燃料電池堆的速度。燃料電池車輛可以由一個或者多個電馬達64驅動。在一個例子中，電馬達用於驅動汽車的每個輪子。可使用控制模塊66對燃料電池/氫發生器電化學系統20，水儲存罐60，空氣壓縮機單元62，一個或者多個電馬達64和任何附加的部件和系統進行控制。
使用燃料電池部件22將化學能轉化為用於驅動車輛的電能。當車輛沒有運行時，電能用來再充固態儲氫材料，以再次驅動車輛。本發明的電化學系統20具有高速率的放電能力，快速充電和足夠的電壓適應性。
明顯的是，在此根據本發明的系統提供了用於將電能轉化為化學能並且將化學能轉化為電能同時使氫再循環的電化學系統。儘管本發明的系統是結合其優選實施例和例子進行描述的，其它實施例和例子可以實現相似的功能和/或獲得相似的效果。所以這些等同的實施例和例子都在本發明以及隨後的權利要求旨在覆蓋的精神和範圍之內。
權利要求
1.一種用於將電能轉化為化學能以及將化學能轉化為電能的電化學系統，包括用於將電能轉化為化學能的第一轉化系統；和用於將化學能轉化為電能的第二轉化系統；其中所述第一轉化系統和所述第二轉化系統共享一個共用電極。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述共用電極為儲氫材料。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述儲氫材料為導電聚合物、陶瓷、金屬、金屬氫化物、有機氫化物、二元複合材料、二元-三元複合材料、納米複合材料、碳納米結構和氫化物漿料中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述共用電極為第二轉化系統的氫源，第一轉化系統的活性電極，並且所述共用電極的一部分或者全部是第二轉化系統的陽極。
5.根據權利要求1所述的系統，其中氫、氧和水在所述系統中進行再循環。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一轉化系統在充電階段可操作性地接收電能，在充電保持階段保持能量以化學能形式存在，並且在放電階段根據將化學能轉化為電能的裝置的需求釋放所儲存的能量。
7.根據權利要求6所述的系統，其中在充電階段接收的電能由內部電壓源、外部電壓源或者再生制動系統供給。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述電化學系統能夠在運輸應用、住宅應用、商業和工業設施、和大型發電應用中使用。
9.一種用於將電能轉化為化學能以及將化學能轉化為電能的電化學系統，包括可操作性地將電能轉化為化學能的氫發生器；和可操作性地將化學能轉化為電能的燃料電池；其中所述氫發生器和所述燃料電池共享一個共用電極；並且其中氫可以在所述電化學系統中進行再循環。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述共用電極為固態儲氫材料。
11.根據權利要求10所述的系統，其中所述固態儲氫材料為導電聚合物、陶瓷、金屬、金屬氫化物、有機氫化物、二元複合材料、二元-三元複合材料、納米複合材料和碳納米結構中的至少一種。
12.根據權利要求9所述的系統，其中所述共用電極為燃料電池的固態氫源，氫發生器的活性電極，並且所述共用電極的一部分或者全部為燃料電池的陽極。
13.根據權利要求9所述的系統，其中所述氫發生器在充電階段接收電能，使氫發生器回到富氫的形式，在充電保持階段保持能量以化學能形式存在，並且根據燃料電池的需求在放電階段釋放儲存的能量。
14.根據權利要求9所述的系統，其中所述系統中唯一的液體為水。
15.根據權利要求9所述的系統，其中所述氫發生器使用水和電壓進行再充。
16.根據權利要求9所述的系統，其中所述電化學系統能夠在運輸應用、住宅應用、商業和工業設施、和大型發電應用中使用。
17.一種發電機，包括可操作性地將電能轉化為化學能的氫發生器；可操作性地將化學能轉化為電能的燃料電池；以及用於氫發生器和燃料電池的共用電極；並且其中所述共用電極為燃料電池的固態氫源，氫發生器的活性電極，和燃料電池的陽極。
18.根據權利要求17所述的發電機，其中所述共用電極為固態儲氫材料。
19.根據權利要求17所述的發電機，其中所述氫發生器在充電階段接收電能，使氫發生器回到富氫的形式，在充電保持階段保持能量以化學能形式存在，並且根據燃料電池的需求在放電階段釋放儲存的能量。
20.根據權利要求17所述的發電機，其中所述氫發生器使用水和電壓進行再充。
全文摘要
一種用於將電能轉化為化學能和將化學能轉化為電能的電化學系統(20)。該電化學系統包括將電能轉化為化學能的裝置，和將化學能轉化為電能的裝置，其中將電能轉化為化學能的裝置和將化學能轉化為電能的裝置共享一個共用電極。在多個實施例中，本發明提供了一種氫發生器/燃料電池混合系統。在多個實施例中，共用電極起到燃料電池的氫源、氫發生器的活性電極的作用，並且共用電極的一部分或者全部是燃料電池的陽極(26)。氫、氧和水可在該系統中進行循環。
文檔編號C01B3/02GK1849724SQ200480025998
公開日2006年10月18日 申請日期2004年6月28日 優先權日2003年7月10日
發明者C·魏, R·哈特, S·王 申請人:通用電氣公司