Топливный элемент, способ электропитания с использованием топливного элемента, функциональная карта, механизм подачи газа для топливного элемента и генератор, и его производство

Топливный элемент, способ электропитания с использованием топливного элемента, функциональная карта, механизм подачи газа для топливного элемента и генератор, и его производство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к топливному элементу, в котором используется пленка - проводник протонов или подобный элемент, к способу электропитания с использованием топливного элемента, к функциональной карте, в которой используется топливный элемент, к механизму подачи газа для топливного элемента и к генератору с использованием материала - проводника протонов или подобного элемента и к способу его производства.

Предпосылки изобретения

Топливные элементы обычно формируют так, чтобы они генерировали электроэнергию с помощью генератора при подаче в него газообразного топлива. Один из примеров такого топливного элемента включает генератор, содержащий пленку - проводник протонов, установленную между электродами, в котором требуемая электродвижущая сила получается при подаче газообразного топлива в генератор. Топливный элемент такого типа, в основном, разрабатывался в качестве источника питания для транспортных средств, например для электромобилей или гибридных автомобилей, и, кроме того, разработки в области структуры такого элемента были направлены на уменьшение его веса и размеров, причем исследования и разработки в области топливных элементов активно проводились не только для обеспечения возможности его использования в существующих областях применения в качестве сухих батарей или перезаряжаемых батарей, но также, например, для питания портативного оборудования.

Устройство топливного элемента с использованием пленки - проводника протонов будет кратко описано со ссылкой на фиг.34. Пленка - проводник 401 протонов установлена между электродом 402 на стороне водорода и электродом 403 на стороне кислорода. Протоны (Н⁺), диссоциированные из газообразного водорода, мигрируют в пленку - проводник 401 протонов вдоль направления, показанного на чертеже стрелкой, от электрода 402 на стороне водорода, на электрод 403 на стороне кислорода. Слой 402а катализатора сформирован между электродом 402 на стороне водорода и пленкой - проводником 401 протонов, и пленка 403а катализатора сформирована между электродом 403 на стороне кислорода и пленкой - проводником 401 протонов. При работе топливного элемента на электрод 402 на стороне водорода газообразный водород (Н₂) поступает в качестве газообразного топлива через входное отверстие 412 и выходит через выходное отверстие 413. В течение времени, когда газообразный водород проходит через канал 415 для газа, газообразный водород превращается в протоны, которые мигрируют на электрод 403 на стороне кислорода. Кислород (воздух), поступающий через входное отверстие 416 на электрод 403 на стороне кислорода, проходит к выходному отверстию 418 через канал 417 для газа. Протоны, поступающие на электрод 403 на стороне кислорода, реагируют с кислородом, протекающим в канале 417 для газа, генерируя, таким образом, требуемую электродвижущую силу.

В вышеописанном топливном элементе, если в качестве топлива применяется водород, на электроде на стороне водорода, который используется в качестве отрицательного электрода, происходит реакция (Н₂→2Н⁺+2е^-) на поверхности контакта катализатора и полимерного электролита (пленки - проводника протонов). Если в качестве окислителя применяется кислород, то на электроде на стороне кислорода, который используется в качестве положительного электрода, происходит реакция (¹/₂O₂+2Н⁺+2е^-=Н₂O), в результате которой образуется вода. Это означает, что протоны, поступающие от электрода 402 на стороне водорода, мигрируют на электрод 403 на стороне кислорода через пленку проводник 401 протонов для того, чтобы вступить в реакцию с кислородом, в результате которой образуется вода. Такой топливный элемент имеет преимущество простоты конструкции системы и малого веса, поскольку не требуется установка увлажнителя для подачи воды.

В вышеописанном топливном элементе, в котором используется пленка - проводник протонов, генератор содержит пленку - проводник протонов 401, электрод 402 на стороне водорода, а также электрод 403 на стороне кислорода, причем пленка - проводник 401 протонов установлена между электродами. Коллектор тока, предназначенный для съема электродвижущей силы, сформирован для каждого электрода 402 на стороне водорода и электрода 403 на стороне кислорода.

Один из примеров топливного элемента, известного из уровня техники, имеющий конструкцию, включающую коллектор тока, будет описан со ссылкой на фиг.35. На фиг.35 показан вид в перспективе с покомпонентным изображением деталей конструкции, известной из уровня техники. Пленка - проводник 431 протонов, через которую мигрируют протоны, полученные при диссоциированнии, установлена между электродом 432 на стороне водорода и электродом 433 на стороне кислорода. Коллектор 434 тока находится в плотном контакте с внешней поверхностью на стороне, противоположной пленке - проводнику 431 протонов электрода 432 на стороне водорода. Аналогично, коллектор 435 тока находится в плотном контакте с внешней поверхностью на стороне, противоположной пленке - проводнику 431 протонов электрода 433 на стороне кислорода. В топливном элементе такого типа внешние поверхности коллекторов 434 и 435 тока, по существу, выполнены плоскими для обеспечения возможности компоновки с наложением в виде пакета. Множество топливных элементов, каждый из которых имеет такую структуру, могут быть легко составлены в виде пакета и, следовательно, даже если площадь пленки 431 - проводника протонов каждого из множества топливных элементов будет небольшой, становится возможным получить значительную электродвижущую силу в целом.

Топливный элемент, имеющий такую закрытую структуру, является предпочтительным по причине того, что его можно легко соединять с наложением в виде пакета с другим топливным элементом, имеющим такую же структуру, и, таким образом, получать множество топливных элементов; однако, для того, чтобы составлять пакет из множества таких топливных элементов, требуется обеспечить подачу газов не только на сторону водорода, но также и на сторону кислорода для каждого топливного элемента. В частности, газ должен принудительно подаваться на сторону кислорода. А именно, сжатый кислород или сжатый воздух обычно принудительно подается с помощью средства подачи газа, такого как газовый баллон или насос. Например, в системе топливных элементов пакетного типа, описанной в выложенном японском патенте № Hei 9 - 213359, средство подачи газа (обозначенное ссылочным номером 7 на фиг.2 этого документа) установлено внутри части подачи газа. В результате, в такой системе топливных элементов средство подачи газа, такое как баллон с газом или насос, занимает дополнительное пространство, кроме деталей, функционирующих в качестве генератора, и, кроме того, должно быть установлено дополнительное оборудование для обеспечения работы средства подачи газа. Это создает проблему, связанную с ухудшением портативности системы топливного элемента.

Следует отметить, что портативное электронное устройство, такое как персональный компьютер типа ноутбук или портативный терминал, сконфигурировано таким образом, чтобы в разъем, сформированный в боковой панели устройства, можно было устанавливать карту типа PC Card (логотип платы, принадлежащий ассоциации PCMCIA (Международная ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров)), такую как запоминающее устройство в форме карты. Установка карты PC Card позволяет легко расширять функции персонального компьютера типа ноутбук или подобного устройства при сохранении его портативности. С другой стороны, устройство электропитания состоит из топливного элемента, интегрированного в виде съемного пакета. Например, в вышеуказанном документе, выложенном японском патенте № Hei 9 - 213359, описана система топливного элемента такого типа, в котором используется твердая полимерная пленка, при этом система топливного элемента установлена в корпусе оборудования, для которого требуется источник питания в виде элемента, например, в корпусе персонального компьютера. При такой конструкции множество топливных элементов могут быть установлены в виде пакета, и поэтому, даже если площадь каждой из пленок - проводников протонов топливных элементов будет мала, становится возможным получить значительную электродвижущую силу в целом.

Топливный элемент, имеющий такую конструкцию пакета, является предпочтительным благодаря тому, что его можно легко составлять в виде пакета с наложением на другой топливный элемент, имеющий такую же структуру, чтобы, таким образом, получить множество топливных элементов; однако, для того, чтобы составлять множество таких топливных элементов в виде пакета, как описано выше, требуется обеспечить подачу газа для каждого топливного элемента не только на сторону водорода, но также и на сторону кислорода. А именно, сжатый кислород или сжатый воздух обычно принудительно подают с помощью средства подачи газа, такого как баллон с газом или насос. Например, в системе топливного элемента пакетного типа, описанной в вышеуказанном документе, средство 7 подачи газа на фиг.2 этого документа установлено внутри, в секции подачи газа. В результате должно быть предусмотрено пространство для установки средства подачи газа, такого как баллон с газом или насос, в дополнение к деталям, функционирующим в качестве генератора, и, кроме того, должно быть установлено дополнительное оборудование для обеспечения работы средства подачи газа. Это создает проблему снижения портативности системы топливного элемента. Поскольку функциональная карта обычно должна иметь такие размеры, чтобы она удовлетворяла размерам, установленным в соответствии со стандартом JEIDA/PCMCIA, становится особенно трудным устанавливать вышеописанное средство подачи газа, дополнительное оборудование и тому подобное в пространство, определяемое стандартной толщиной 3,3 мм или 5,0 мм.

Для эффективного улучшения выходных характеристик (величины тока) топливного элемента, включающего генератор, состоящий из пленки 401 - проводника протонов, и электрода 402 на стороне водорода и электрода 403 на стороне кислорода так, что пленка 401 - проводник протонов расположена между этими электродами, требуется увеличивать размеры генератора. Например, если площадь пленки 401 - проводника протонов будет вдвое большей, значение выходного тока топливного элемента, соответственно, станет вдвое большим.

При увеличенных размерах генератора, состоящего из пленки - проводника 401 протонов и электрода 402 на стороне водорода, и электрода 403 на стороне кислорода, так что пленка - проводник 401 протонов установлена между этими электродами, повышается вероятность возникновения неравномерностей, таких как изгибы или волнистость поверхностей плоского генератора. Это затрудняет обеспечение равномерного контакта между генератором и коллекторами тока. В результате, при использовании топливного элемента с большими размерами возникают проблемы, состоящие в том, что снижается эффективность отбора, то есть уменьшается отношение мощности, выделяемой генератором через коллекторы тока, к мощности, действительно генерируемой генератором. Для обеспечения равномерного контакта между генератором и коллекторами тока требуется прикладывать избыточную прижимающую силу со стороны коллектора тока к генератору и управлять распределением прижимающей силы. В действительности, обеспечение идеально равномерного контакта, может существенно усложнить структуру топливного элемента, и для реализации такой структуры требуется увеличивать его вес и размеры. В некоторых случаях такая большая, тяжелая и сложная структура, требуемая для реализации идеально равномерного контакта, может оказаться нежелательной для использования в конструкции топливного элемента.

Конструкция, известная из уровня техники, предназначенная для установки пленки - проводника протонов между электродом на стороне водорода и электродом на стороне кислорода, будет кратко описана со ссылкой на фиг.36. Как показано на чертеже, пленка - проводник 421 протонов выполнена несколько большей, чем каждый из электрода 422 на стороне водорода и электрода 423 на стороне кислорода. Пленка - проводник 421 протонов помещена между электродом 422 на стороне водорода и электродом 423 на стороне кислорода, элемент 424 из уплотнительного материала, выполненный из кремний-органического каучука, установлен по внешней кромке электрода 422 на стороне водорода и другой элемент 424 из уплотнительного материала установлен по внешней кромке электрода 423 на стороне кислорода таким образом, чтобы между ними удерживалась пленка - проводник 421 протонов. Пленка - проводник 421 протонов установлена между элементами 424 из уплотнительного материала, которые уложены по внешней кромке электрода 422 на стороне водорода и электрода 423 на стороне кислорода, что предотвращают утечку газов, таких как газообразный водород и газообразный кислород или воздух. Электрод 422 на стороне водорода установлен между элементом 424 из уплотнительного материала и коллектором 425 тока, который выполнен с множеством отверстий 426, через которые водород поступает на электрод 422 на стороне водорода. Аналогично, электрод 423 на стороне кислорода установлен между элементом 424 из уплотнительного материала и коллектором 425, который выполнен с множеством отверстий 426, через которые кислород поступает на электрод 423 на стороне кислорода.

В топливном элементе, имеющем такую структуру, пара эластичных элементов 424 из уплотнительного материала установлена как на стороне водорода, так и на стороне кислорода таким образом, что пленка - проводник 421 протонов удерживается между ними, и в соответствии с этим, если форма и материал каждого из элементов 424 из уплотнительного материала будут одинаковы, становится возможным обеспечить требуемое уплотнение для газа, поскольку пленка - проводник 421 протонов установлена между одинаковыми эластичными телами. С другой стороны, если возникнет изменение толщины или упругих характеристик элементов 424 из уплотнительного материала, выполненных из кремний-органического каучука, нагрузка, связанная с таким отклонением параметров будет приложена к пленке - проводнику 421 протонов, что затрудняет поддержание требуемого уровня герметизации газов вокруг пленки - проводника 421 протонов. В частности, когда оба элемента 424 из уплотнительного материала, установленные на электроде 422 на стороне водорода и на электроде 423 на стороне кислорода, будут иметь отклонения формы, вероятность возникновения утечки газов на пленке - проводнике 421 протонов, удерживаемой дефектными элементами 424 из уплотнительного материала, возрастает.

Учитывая описанные выше технические проблемы, настоящее изобретение направлено на создание топливной ячейки и функциональной карты, каждая из которых имеет конструкцию, позволяющую надежно подавать газ благодаря эффективному использованию ограниченного пространства при обеспечении портативности.

Другой целью настоящего изобретения является топливный элемент, позволяющий получать высокую электродвижущую силу, и просто обеспечивать равномерный контакт даже в случае использования генератора небольших размеров, и механизм подачи топлива, соответственно используемый для такого топливного элемента.

Дополнительной целью настоящего изобретения является генератор, имеющий конструкцию, позволяющую реализовать надежное уплотнение для газообразного топлива и подобных газов и облегчающую его сборку, топливный элемент с использованием такого генератора и способ производства такого генератора.

Описание изобретения

Для решения вышеуказанных технических проблем, в соответствии с настоящим изобретением, разработан топливный элемент, содержащий: корпус, имеющий приблизительно форму плоской пластины, включающий отверстие, сформированное в корпусе; генератор, имеющий приблизительно форму плоской пластины, установленный в корпусе, причем генератор включает электролитную пленку, расположенную между электродом на стороне топлива и электродом на стороне кислорода; и средство создания потока воздуха, предназначенное для создания потока воздуха вокруг средства создания потока воздуха, причем средство создания потока воздуха расположено внутри корпуса.

Поскольку отверстие сформировано в корпусе, в котором установлен генератор, имеющий приблизительно форму плоской пластины, в котором воздух поступает в корпус через отверстие, становится возможным просто обеспечить подачу воздуха на электрод на стороне кислорода генератора. Средство создания потока воздуха, предназначенное для создания потока воздуха вокруг средства создания потока воздуха, расположено внутри корпуса. Предпочтительно, средство создания потока воздуха установлено в той же плоскости, что и плоскость генератора, или в пределах плоскости, параллельной плоскости генератора, и более предпочтительно, средство создания потока воздуха установлено так, что его продольное направление проходит в пределах основной плоскости корпуса. В результате, становится возможным создавать поток воздуха без необходимости использования большого пространства.

Для решения вышеописанных технических проблем, в соответствии с настоящим изобретением, разработан топливный элемент, включающий: пленку - проводник протонов; плоский электрод на стороне водорода и плоский электрод на стороне кислорода, так что между этими электродами установлена пленка - проводник протонов; средство подачи топлива, предназначенное для подачи топлива на электрод на стороне водорода; и плоский коллектор тока, имеющий часть передачи газа, сформированную так, что электрод на стороне кислорода может соединяться через него с атмосферой, плоский коллектор тока расположен в плотном контакте с электродом на стороне кислорода.

При такой конфигурации, хотя плоский коллектор тока расположен в плотном контакте с электродом на стороне кислорода, часть передачи газа, через которую электрод на стороне кислорода сообщается с атмосферой, сформирована в плоском коллекторе тока. В результате, кислород под достаточным давлением может поступать через часть передачи газа, так что не требуется устанавливать средство подачи газа, такое как газовый баллон или насос. Это позволяет рационально использовать пространство внутри топливного элемента и устранить необходимость установки какого-либо дополнительного оборудования.

В соответствии с настоящим изобретением, также разработан топливный элемент, содержащий: пленку - проводник протонов; плоский электрод на стороне водорода и плоский электрод на стороне кислорода, так что пленка - проводник протонов расположена между этими электродами; средство подачи топлива, предназначенное для подачи топлива на электрод на стороне водорода; плоский коллектор тока, включающий часть передачи газа, сформированную таким образом, что через нее обеспечивается сообщение с атмосферой электрода на стороне кислорода, причем плоский коллектор тока расположен в плотном контакте с электродом на стороне кислорода; и корпус имеет входное отверстие для газа, сформированное за пределами коллектора тока на стороне кислорода таким образом, чтобы оно было соединено с частью передачи.

Для такой конфигурации, в дополнение к структуре топливного элемента, в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложен корпус, имеющий входное отверстие для газа. Поскольку входное отверстие для газа соединено с частью передачи газа, электрод на стороне кислорода может быть просто соединен с атмосферой через часть передачи газа, сформированную в коллекторе тока, и входное отверстие для газа, сформированное в корпусе. В соответствии с этим, кислород под достаточным давлением может поступать на электрод на стороне кислорода через часть передачи газа, соединенную с входным отверстием для газа. В результате, становится возможным обеспечить рациональное использование пространства внутри топливного элемента и устранить необходимость установки какого-либо дополнительного оборудования.

В соответствии с настоящим изобретением, также предложен топливный элемент, содержащий: корпус, имеющий приблизительно форму плоской пластины, включающий часть передней поверхности, имеющую входное отверстие для газа, и часть задней поверхности, имеющую входное отверстие для газа; пару генераторов, установленную в корпусе таким образом, что передняя поверхность одного генератора расположена напротив задней поверхности другого генератора; средство подачи топлива, предназначенное для подачи топлива в генераторы, причем средство подачи топлива установлено между парой генераторов; и плоские коллекторы тока на стороне кислорода, каждый из которых имеет часть передачи газа, соединенную с входным отверстием для газа для обеспечения возможности соединения с атмосферой каждого из генераторов, причем каждый из коллекторов тока на стороне кислорода расположен между частью передней поверхности и частью задней поверхности корпуса и одним из генераторов.

При такой конфигурации, поскольку часть передачи газа для соединения электрода на стороне кислорода с атмосферой сформирована в плоском коллекторе тока, кислород под достаточным давлением может поступать на электрод на стороне кислорода через часть передачи газа. Кроме того, поскольку сформирована пара плоских генераторов, их площадь становится в два раза большей, по сравнению со случаем использования только одного плоского генератора и в соответствии с этим, даже когда размер каждого генератора невелик, электродвижущая сила получается приблизительно в два раза большей.

В соответствии с настоящим изобретением, также предложена функциональная карта, устанавливаемая в гнездо для карты, предусмотренное в основном корпусе устройства и установленное в основном корпусе устройства, включающая: генератор, содержащий пленку - проводник протонов, электрод на стороне кислорода и электрод на стороне водорода, расположенные друг напротив друга, так что пленка - проводник протонов расположена межу ними, генератор установлен в корпусе функциональной карты, в которой электрическая энергия генерируется при отборе кислорода из входного отверстия для газа, сформированного в корпусе, на электрод на стороне кислорода, когда он соединен с атмосферой, и при подаче газообразного топлива или жидкого топлива на генератор.

При такой конфигурации генератор, включающий электрод на стороне кислорода и электрод на стороне водорода, расположенные друг напротив друга, так что пленка - проводник протонов установлена между ними, установлен в корпусе функциональной карты, и входное отверстие для газа, соединяющее с атмосферой электрод на стороне кислорода, сформировано в этом корпусе. В результате, кислород под достаточным давлением может поступать на электрод на стороне кислорода через входное отверстие для газа так, что не требуется устанавливать средство подачи газа, такое как газовый баллон или насос. Это позволяет рационально использовать пространство в топливном элементе и устранить необходимость установки какого-либо дополнительного оборудования.

В соответствии с настоящим изобретением также предложена функциональная карта, устанавливаемая в гнездо для карты, предусмотренное в периферийном устройстве, избирательно устанавливаемом на основном корпусе устройства, и устанавливаемая в периферийном устройстве, включающая: генератор, содержащий пленку - проводник протонов, электрод на стороне кислорода и электрод на стороне водорода, расположенные напротив друг друга так, что пленка - проводник протонов установлена между ними, генератор установлен в корпусе функциональной карты, в которой электроэнергия генерируется при отборе кислорода через входное отверстие для газа, сформированное в корпусе, на электрод на стороне кислорода, соединенный с атмосферой, и при подаче газообразного топлива или жидкого топлива в генератор.

Функциональная карта, в соответствии с предыдущим - пятым аспектом настоящего изобретения, используется таким образом, чтобы ее можно было непосредственно устанавливать в основной корпус, в то время как функциональная карта в соответствии с этим аспектом настоящего изобретения используется для установки в периферийное устройство, избирательно устанавливаемое на основном корпусе устройства. Если в качестве основного корпуса устройства используется персональный компьютер типа ноутбук, вышеуказанное периферийное устройство может, например, представлять собой устройство, обычно называемое "подключаемая панель".

В соответствии с настоящим изобретением также предложен топливный элемент, содержащий: корпус, имеющий форму, по существу, такую же, как и носитель записи, устанавливаемый с возможностью отсоединения в основной корпус устройства; и генератор, включающий пленку - проводник протонов, а также электрод на стороне кислорода и электрод на стороне водорода, расположенные друг напротив друга, так что пленка - проводник протонов расположена между ними, причем генератор установлен в корпусе топливного элемента, в котором электроэнергия генерируется путем отбора кислорода через входное отверстие для газа, сформированное в корпусе, и подачи его на электрод на стороне кислорода, который соединен с атмосферой, и при подаче газообразного топлива или жидкого топлива на генератор.

При такой конфигурации, поскольку корпус топливного элемента имеет, по существу, такую же форму, что и форма носителя записи, устанавливаемого с возможностью отсоединения в основной корпус устройства, топливный элемент может быть установлен в гнездо для носителя записи, сформированное в основном корпусе устройства, и использоваться в качестве источника питания основного корпуса устройства.

В соответствии с настоящим изобретением, также предложен топливный элемент, содержащий: пару плоских генераторов, установленных таким образом, что передняя поверхность одного из генераторов расположена напротив задней поверхности другого генератора; пару плоских коллекторов тока, установленных между генераторами, причем каждый из плоских коллекторов тока имеет плоскость, находящуюся в контакте с генераторами, что позволяет газу проходить через них; и изолирующую пленку, имеющую канал для потока, соединенный с генераторами, причем изолирующая пленка сформирована между парой коллекторов тока.

Поскольку при такой конфигурации используется пара плоских генераторов, установленных так, что передняя поверхность одного из генераторов расположена напротив задней поверхности другого генераторов, их суммарная площадь становится в два раза большей по сравнению со случаем использования только одного плоского генератора, и в соответствии с этим, даже когда площадь каждого из генераторов будет невелика, будет получена приблизительно в два раза большая электродвижущая сила. Пара плоских коллекторов тока, которые установлены в области, где передняя поверхность одного из генераторов расположена напротив задней поверхности другого генератора, должна обеспечить прохождение через них потока газообразного топлива, такого как газообразный водород, для чего между парой коллекторов тока установлена изолирующая пленка, служащая в качестве прокладки. В изолирующей пленке сформирован канал для газа, и газообразное топливо поступает на пару плоских генераторов через канал для газа. При этом, если изолирующая пленка изготовлена из синтетической смолы, она может функционировать как упругодеформируемый эластичный элемент, обеспечивающий равномерный контакт между парой генераторов и коллекторов тока. В результате, обеспечивается возможность создания равномерного прижимного контакта между генераторами и коллекторами тока.

В соответствии с настоящим изобретением, предложен также механизм подачи топлива для топливного элемента, содержащего: пару плоских коллекторов тока, каждый из которых выполнен с отверстиями; и изолирующую пленку, установленную между парой коллекторов тока; в котором топливо поступает в каждое из отверстий пары коллекторов тока через канал для топлива, сформированный в изолирующей пленке.

При такой конфигурации канал для газа сформирован в изолирующей пленке, и газообразное топливо поступает в канал для газа. Газообразное топливо, поступающее таким образом в канал для газа, затем подается на пару генераторов через отверстия, сформированные в плоских коллекторах тока. Поскольку канал для газа соединен с парой плоских коллекторов тока, обеспечивается возможность эффективно подавать газообразное топливо на пару генераторов. Также как и в топливном элементе, в соответствии с настоящим изобретением, изолирующая пленка также может функционировать как прокладка. Если изолирующая пленка изготовлена из синтетической смолы, она позволяет обеспечить равномерный прижимной контакт между генераторами и коллекторами тока.

В соответствии с настоящим изобретением, также предложен генератор, включающий: пленку - проводник протонов и пару плоских электродов так, что пленка - проводник протонов установлена между ними; в котором часть внешнего края пленки - проводника протонов открыта с внешней кромки одного из плоских электродов, когда один из плоских электродов наложен на пленку - проводник протонов, и элемент из уплотнительного материала установлен таким образом, чтобы он находился в плотном контакте с открытой частью внешнего края пленки - проводника протонов.

При такой конфигурации электродвижущая сила генерируется генератором, содержащим пленку - проводник протонов, установленную между парой плоских электродов, при подаче на него газообразного топлива. Один из плоских электродов выполнен несколько меньшим, чем пленка - проводник протонов, так что часть внешнего края пленки - проводника протонов открыта вдоль внешней кромки одного из плоских электродов. Другой плоский электрод имеет такие же размеры, что и пленка - проводник протонов. Элемент из уплотнительного материала установлен вдоль внешней кромки одного из плоских электродов таким образом, чтобы он находился в плотном контакте с пленкой - проводником протонов. В результате обеспечивается возможность создания хорошего уплотнения для газа. Поскольку часть внешнего края пленки - проводника протонов не удерживается одним из элементов из уплотнительного материала или между парой элементов из уплотнительного материала, становится возможным обеспечить равномерное уплотнение.

В соответствии с настоящим изобретением, также предложен топливный элемент, содержащий: пару плоских коллекторов тока на стороне водорода, между которыми установлена изолирующая пленка, выполненная с каналом для газа для топливного элемента; пару генераторов, каждый из которых содержит пленку - проводник протонов, пару плоских электродов, расположенных так, что пленка - проводник протонов установлена между ними, и элемент из уплотнительного материала, в котором один из плоских электродов каждого из генераторов находится в плотном контакте с поверхностью одного из плоских коллекторов тока на стороне водорода в состоянии, когда часть внешнего края пленки - проводника протонов открыта с внешней кромки одного из плоских электродов, и элемент из уплотнительного материала находится в плотном контакте с открытой частью внешнего края пленки - проводника протонов; и пара коллекторов тока на стороне воздуха находится в плотном контакте с другим плоским электродом каждого из генераторов.

При такой конфигурации канал для газа сформирован в изолирующей пленке, и газообразное топливо поступает в этот канал для газа. Газообразное топливо, поступающее таким образом в канал для газа, затем подается на пару генераторов через отверстия, сформированные в плоских коллекторах тока. Генератор содержит пленку - проводник протонов, установленную между парой плоских электродов. В частности, элемент из уплотнительного материала установлен по внешнему контуру одного из плоских электродов таким образом, чтобы он был в плотном контакте с пленкой - проводником протонов. В результате, становится возможным поддерживать хорошее уплотнение для газа и, следовательно, обеспечить равномерное уплотнение. Кроме того, поскольку сформирована пара плоских генераторов, суммарная их площадь становится в два раза большей по сравнению со случаем использования только одного плоского генератора и, соответственно, даже при небольшом размере каждого из генераторов будет получена приблизительно в два раза большая электродвижущая сила.

В соответствии с настоящим изобретением, также предложен способ изготовления генератора, включающий следующие этапы: формование пленки - проводника протонов и пары плоских электродов так, что пленка - проводник протонов установлена между ними таким образом, что часть внешнего края пленки - проводника протонов открыта с внешней кромки одного из плоских электродов, когда один из плоских электродов наложен на пленку - проводник протонов; и установку элемента из уплотнительного материала в плотном контакте с открытой частью внешнего края пленки - проводника протонов.

При такой конфигурации элемент из уплотнительного материала установлен по внешнему контуру одного из плоских электродов таким образом, чтобы он находился в плотном контакте с пленкой - проводником протонов. В соответствии с этим, поскольку часть внешнего края пленки - проводника протонов не удерживается одним из элементов из уплотнительного материала или между парой элементов из уплотнительного материала, становится возможным обеспечить равномерное уплотнение. Кроме того, только один элемент из уплотнительного материала расположен на одной стороне электрода каждого генератора. То есть, только один элемент из уплотнительного материала установлен в каждом генераторе. В результате, становится возможным уменьшить общее количество элементов из уплотнительного материала по сравнению со структурой известного уровня техники.

Краткое описание чертежей

На фиг.1А - 1G изображен вид в перспективе с покомпонентным представлением деталей карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения, где на фиг.1А показана верхняя часть корпуса, на фиг.1В показан верхний коллектор тока, на фиг.1C представлен генератор, на фиг.1D показана часть подачи водорода, на фиг.1Е представлен генератор, на фиг.1F показан нижний коллектор тока и на фиг.1G показана нижняя часть корпуса.

На фиг.2 показан вид в перспективе, изображающий состояние, когда карту топливного элемента, в соответствии с первым вариантом воплощения, устанавливают в персональный компьютер типа ноутбук.

На фиг.3 показан вид в перспективе карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения.

На фиг.4 - вид в разрезе карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения.

На фиг.5А - 5С изображен вид в перспективе с покомпонентным представлением деталей нижних существенных деталей карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения: на фиг.5А показан нижний коллектор тока, на фиг.5В изображена изолирующая пленка, на фиг.5С показана нижняя часть корпуса.

На фиг.6А - 6D показан вид в перспективе с покомпонентным представлением деталей генератора карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения: на фиг.6А представлен элемент из уплотнительного материала, на фиг.6В показан электрод на стороне водорода, на фиг.6С представлена пленка - проводник протонов, на фиг.6D показан электрод на стороне кислорода.

На фиг.7А - 7С показаны виды в перспективе с покомпонентным представлением деталей части подачи водорода карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения: на фиг.7А изображен коллектор тока на стороне водорода, на фиг.7В показаны изолирующие пленки и на фиг.7С представлен коллектор тока на стороне водорода.

На фиг.8А - 8С показаны виды в перспективе с покомпонентным представлением деталей верхних существенных деталей карты топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения: на фиг.8А изображена верхняя часть корпуса, на фиг.8В показана изолирующая пленка и на фиг.8С изображен