CN100521325C - 燃料电池和使用燃料电池的供电方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池，该燃料电池具有通过有效利用有限的空间、同时确保燃料电池的便携性而能够可靠供气的结构。本发明的燃料电池的特征在于，所述燃料电池包括质子导体膜、其间设有质子导体膜的平面氢侧电极和平面氧侧电极、用于向氢侧电极供送燃料的燃料供送装置(13)和平面集电体(16)和(17)，该平面集电体布置成与氧侧电极紧密接触，并具有气体传输部分，例如开口部分，以允许氧侧电极向大气开放。由于氧侧电极向大气开放，可供给发电体(11)和(12)氧气，而同时不会降低空气中氧气的分压力。

Description

燃料电池和使用燃料电池的供电方法

技术领域

本发明涉及使用质子导体膜或类似物的燃料电池，使用该燃料电池的供电方法，使用该燃料电池的功能卡，用于燃料电池的供气机构，和使用质子导电材料或类似物的发电体及其制造方法。

背景技术

燃料电池通常构造成通过向发电体供送燃料气体而由发电体发电。这种燃料电池的一个例子包括具有保持在电极之间的质子导体膜的发电体，其中，通过向发电体供应燃料气体可获得所需的电动势。这种类型的燃料电池通常希望作为用于电车或混合式车的车上电源，而且，从能够实现重量和尺寸很容易的降低的电池结构的观点来看，经积极努力的研究和发展，这种类型的燃料电池不仅可应用于干电池或可充电电池的现有的应用领域，而且，例如可应用于便携设备的应用领域。

下面参照图34来简要地描述利用质子导体膜的燃料电池的机构。质子导体膜401保持在氢侧电极402和氧侧电极403之间。从氢气分裂来的质子(H⁺)沿图中箭头所示的方向在质子导体膜401内从氢侧电极402向氧侧电极403移动。催化剂层402a在氢侧电极402和质子导体膜401之间形成，催化剂膜403a在氧侧电极403和质子导体膜401之间形成。在燃料电池工作时，在氢侧电极402一侧，氢气(H₂)作为燃料气体从入口412供送，并从出口413排出。在氢气经过气体通道415期间，氢气转换成质子，并移动到氧侧电极403。在氧侧电极403一侧，从入口416供送的氧(空气)通过气体通道417流向出口418。到达氧侧电极403的质子与在气体通道417内流动的氧气发生反应，从而产生所需的电动势。

在上述燃料电池中，如果氢气用作燃料，在作为负电极的氢侧电极上，在催化剂和聚合物电解质(质子导体膜)之间的接触界面上发生发应(H₂→2H⁺+2e^-)。如果氧气用作氧化剂，在作为正电极的氧侧电极上，发生反应(O₂+2H⁺+2e^-＝H₂O)，从而产生水。这意味着由氢侧电极402提供的质子通过质子导体膜401移动到氧侧电极403以与氧反应，从而产生水。这种燃料电池的优点在于简化了系统，并降低了重量，这是由于不需要提供任何用于供水的加湿器。

在上述利用质子导体膜的燃料电池中，氢侧电极402与氧侧电极403和布置在其间的质子导体膜401构成了发电体。氢侧电极402和氧侧电极403中的每一个均形成集电体，以便显现电动势。

参考图35来描述相关技术的燃料电池的一个实例，该燃料电池具有包括集电体的结构。图35是相关技术的燃料电池的一种结构的分解透视图。质子导体膜431保持在氢侧电极432和氧侧电极433之间，分裂的质子穿过该质子导体膜431移动。集电体434在对着质子导体膜431的那一侧上开始与氢侧电极432的外表面紧密接触。类似的，集电体435在对着质子导体膜431的那一侧上开始与氧侧电极433的外表面紧密接触。在该类型的燃料电池中，从堆叠的观点来看，集电体434和435的外表面基本上是平的。均具有这种结构的若干燃料电池可容易地堆叠，并因此，即使若干燃料电池的质子导体膜431的每一个面积都小，整体也可能获得大的电动势。

具有这种封闭结构的燃料电池的优点在于，因为它易于堆叠在具有相同结构的其它燃料电池上，以便获得若干燃料电池；但是，为了实现若干的这些燃料电池的堆叠，必须给每个燃料电池的氢侧和氧侧都提供气体。特别是，气体必须强制供给氧侧。具体地，压缩氧气或压缩空气通常由供气装置例如气缸或泵强制供送。例如，在Hei 9-213359号日本已公开专利披露的封装型燃料电池系统中，供气装置(在该文件的图2中以附图标记7指代)设置在吸气部分内。结果，在该燃料电池系统中，必须确保除了用作发电体的部分外，还具有设置诸如气缸或泵的供气装置的空间，并且，必须提供操作供气装置的附加设备。这样产生了燃料电池系统的便携性降低的问题。

顺便提一下，便携式电子设备，例如笔记本大小的个人电脑或便携终端构造成使诸如卡形储存卡的PC卡插入在设备侧部中形成的狭槽内。PC卡的插入使可能在保持其便携性的同时，容易地增强笔记本大小的个人电脑等的功能。另一方面，由燃料电池组成的供电设备集成在可拆卸的封装中。例如，可安装在设备上的燃料电池系统是使用固体聚合物膜的类型，该系统在上述文件即Hei 9-213359号已公开日本专利中披露，其中燃料电池系统装在需要电池电源的设备例如个人电脑的电池外壳部分中。利用该结构，若干燃料电池可堆叠在封装中，因此，即使燃料电池的每个质子导体膜的面积小，也可能获得整体的较大电动势。

具有这种封装结构的燃料电池的优点在于，它可容易地堆叠在具有相同结构的其它燃料电池上，从而获得若干燃料电池；但是，为了实现若干这些燃料电池的堆叠，如上所述，必须给每个燃料电池的氢侧和氧侧都提供气体。具体地，压缩氧气或压缩空气通常由诸如气缸或泵的供气装置强制供送。例如，在上述文件中描述的封装型燃料电池系统中，在该文件图2中的供气装置7设置在吸气部分内。结果，必须确保除了用作发电体的部分外，还具有设置诸如气缸或泵的供气装置的空间，并且必须提供操作该供气装置的附加设备。这会产生燃料电池系统的便携性降低的问题。因为功能卡通常需要尺寸满足JEIDA/PCMCIA标准下的尺寸标准，实际上很难在3.3mm或5.0mm标准厚度所限定的空间中安装上述供气装置、附加设备等。

为了增加燃料电池的输出(电流值)，增加发电体的尺寸是有效的，该燃料电池包括由质子导体膜401，和其间设有该质子导体膜401的氢侧电极402和氧侧电极403组成的发电体。例如，如果质子导体膜401的面积变成两倍，作为燃料电池输出的电流值也相应地变为两倍。

然而，在由质子导体膜401和其间设有该质子导体膜401的氢侧电极402和氧侧电极403组成的发电体的尺寸增加的情况下，很容易导致平面发电体上出现例如拱形或波浪形的不规则部分。这使得很难确保发电体和集电体之间均匀接触。结果，对大尺寸的燃料电池而言，产生了集电效率问题，即从发电体经集电体出现的电能与在发电体中实际上产生的电能的比率降低的问题。为了实现发电体和集电体之间的均匀接触，需要施加从集电体侧到发电体的过量压力，并控制该压力分布。实际上，为了实现理想的均匀接触，燃料电池的结构明显复杂化，为了实现这种结构，重量和尺寸必须增加。在某些情况下，为了实现理想的均匀接触而形成的这种又大又重的复杂结构对于电池结构来说是不理想的。

参考图36，简要描述用于在氢侧电极和氧侧电极之间保持质子导体膜的相关技术结构。如该图所示，质子导体膜421比氢侧电极422和氧侧电极423中每一个大些。在质子导体膜421放置在氢侧电极422和氧侧电极423之间的状态下，由硅橡胶制成的密封材料424安装在氢侧电极422的周边，另一由硅橡胶制成的密封材料424安装在氧侧电极423的周边，以便将质子导体膜421保持在其间。安装成围绕氢侧电极422和氧侧电极423的周边的密封材料424将质子导体膜421保持在其间，因此可防止气体，如氢气和氧气或空气的泄漏。氢侧电极422保持在密封材料424和有若干孔426的集电体425之间，氢经过该孔供给氢侧电极422。类似的，氧侧电极423保持在密封材料424和有若干孔426的集电体425之间，氧经过该孔供给氧侧电极423。

在具有这种结构的燃料电池中，成对弹性密封材料424以将质子导体膜421保持在其间的方式安装到氢侧和氧侧，因此，如果每个密封材料422的形状和材料相同，就可能保持期望的气密性，因为质子导体膜421保持在均匀的弹性体之间。相反，如果在由硅橡胶制成的部分密封材料424处发生厚度误差或弹性特性变化，偏离应力就会施加到质子导体膜421上，因此很难围绕质子导体膜421保持期望的气密性。特别是，当安装到氢侧电极422和氧侧电极423上的密封材料424都产生形状误差时，在由有缺陷的密封材料424保持的质子导体膜421处，气体泄漏发生的几率变大。

考虑到上述技术问题后做出本发明，本发明的一个目的是提供燃料电池和功能卡，它们均具有在确保便携性的同时，通过有效利用有限空间能够确实地供送气体的结构。

本发明另一目的是提供燃料电池和燃料供送机构，该燃料电池即使在使用小发电体的情况下，也能获得大的电动势并容易实现均匀的接触状态，该燃料供送机构适用于这种燃料电池。

本发明的又一目的是提供一种发电体、使用该发电体的燃料电池和制造该发电体的方法，该发电体具有能对燃料气体等实现可靠密封并便于其装配的结构。

发明内容

为了解决上述技术问题，根据本发明，提供一种燃料电池，该燃料电池包括：近似平板形的外壳，该外壳具有在该外壳一部分上形成的开口部分；布置在外壳内的近似平板形的发电体，该发电体包括插入到燃料侧电极和氧侧电极之间的电解质膜；和气流引导装置，该气流引导装置用来引导空气围绕气流引导装置流动，气流引导装置布置在外壳内。

由于所述开口部分在外壳内形成，且近似平板形发电体装在该外壳内，其中空气经开口部分导入外壳中，因此，有可能将空气容易地供给发电体的氧侧电极。用来引导空气绕气流引导装置流动的气流引导装置位于外壳内。优选地是，气流引导装置安装在与发电体相同的平面内或在平行于发电体平面的平面内，更优选地是，气流引导装置安装成其纵向在外壳的主平面内延伸。结果，有可能无需大空间即可引导气流。

为了解决上述技术问题，根据本发明，提供了一种燃料电池，包括：质子导体膜；其间布置有该质子导体膜的平面氢侧电极和平面氧侧电极；用来给氢侧电极供送燃料的燃料供送装置；和平面集电体，所述平面集电体具有气体传输部分，以便允许氧侧电极经过该气体传输部分向大气开放，所述平面集电体布置成与氧侧电极紧密接触。

利用该结构，虽然平面集电体布置成与氧侧电极紧密接触，但允许氧侧电极向大气开放的气体传输部分形成为平面集电体的一部分。结果，具有足够压力的氧气经气体传输部分供送，这样就无需提供供气装置，例如气缸或泵。这使得在燃料电池中实现空间的节省成为可能，并无需提供任何附加设备。

根据本发明，还提供有一种燃料电池，该燃料电池包括：质子导体膜；其间布置有该质子导体膜的平面氢侧电极和平面氧侧电极；用来给氢侧电极供送燃料的燃料供送装置；平面集电体，所述平面集电体具有气体传输部分，以便允许氧侧电极经过该气体传输部分向大气开放，所述平面集电体布置成与氧侧电极紧密接触；和外壳，该外壳具有以与传输部分连通的方式在氧侧集电体外侧形成的气体入口部分。

利用该结构，除了根据本发明第二方面的燃料电池结构外，设置了带气体入口部分的外壳。由于气体入口部分与气体传输部分连通，氧侧电极可借助在集电体中形成的气体传输部分和在外壳中形成的气体入口部分简单地向大气开放。因此，有足够压力的氧气可经与气体入口部分连通的气体传输部分供给氧侧电极。结果，有可能实现燃料电池中的空间的节省，并且无需提供任何附加设备。

根据本发明，提供有一种燃料电池，该燃料电池包括：近似平板形的外壳，该外壳包括具有气体入口部分的前表面部分，和具有气体入口部分的后表面部分；成对的发电体，所述成对发电体以其中一个发电体的前表面对着另一个发电体的后表面的方式布置在外壳内；用来给发电体供送燃料的燃料供送装置，该燃料供送装置保持在所述成对的发电体之间；和平面氧侧集电体，每个平面氧侧集电体都有与气体入口部分连通的气体传输部分，以便允许每个发电体的一部分向大气开放，每个氧侧集电体布置在外壳的前表面部分和后表面部分中的每一个和发电体中的一个之间。

利用该结构，由于允许氧侧电极向大气开放的气体传输部分形成为平面集电体的一部分，因此有足够压力的氧气可经气体传输部分供给氧侧电极。而且，由于形成了成对的平面发电体，因此，与仅使用一个平面发电体的情况相比其面积变为两倍，因此，即使每个发电体的尺寸很小，可获得约两倍的电动势。

根据本发明，还提供有功能卡，该功能卡插在位于设备主体内的卡槽中、并安装到设备主体上，所述功能卡包括：发电体，该发电体包括质子导体膜，和其间设有该质子导体膜、并相对设置的氧侧电极和氢侧电极，该发电体置于功能卡的外壳中；其中，通过在大气开放状态下将氧气从在外壳内形成的气体入口部分带到氧侧电极，并给发电体供送燃料气体或燃料液体，从而产生电能。

利用该结构，发电体布置在功能卡的外壳中，该发电体包括其间设有该质子导体膜、并相对设置的氧侧电极和氢侧电极，并且气体入口部分在外壳内形成，该气体入口部分使氧侧电极向大气开放。结果，有足够压力的氧气经气体入口部分供送到氧侧电极，这样无需提供任何供气装置，例如气缸或泵。这使得在燃料电池中节省空间并无需提供任何附加设备成为可能。

根据本发明，还提供一种功能卡，该功能卡插在卡槽中并安装到外围设备上，该卡槽设置在可以有选择安装在设备主体上的外围设备中，该功能卡包括：发电体，该发电体包括质子导体膜，和其间设有该质子导体膜、并相对设置的氧侧电极和氢侧电极，且该发电体置于功能卡的外壳中；其中，通过在大气开放状态下将氧气从在外壳内形成的气体入口部分带到氧侧电极，并给发电体供送燃料气体或燃料液体，从而产生电能。

根据本发明的前述第五方面的功能卡用来直接插入设备主体内，然而，根据本发明该方面的功能卡也可用来插入有选择地安装到设备主体上的外围设备中。如果笔记本大小的电脑用作设备主体，可通过通常称为“可选择机架(selectable bay)”作为上述外围设备的例子。

根据本发明，还提供有一种燃料电池，该燃料电池包括：外壳，该外壳具有与记录媒体基本相同的形状，该记录媒体可拆卸地安装到设备主体上；和发电体，该发电体包括质子导体膜，和其间设有该质子导体膜、并相对设置的氧侧电极和氢侧电极，该发电体置于燃料电池的外壳中；其中，通过在大气开放状态下将氧气从在外壳内形成的气体入口部分带到氧侧电极，并给发电体供送燃料气体或燃料液体，从而产生电能。

利用该结构，由于燃料电池的外壳具有与记录媒体基本相同的形状，该记录媒体可拆卸地安装到设备主体上，燃料电池可插入在设备主体内形成的用于记录媒体的槽中，并可用作设备主体的电源。

利用本发明，还提供有一种燃料电池，该燃料电池包括：成对的平面发电体，这对发电体以其中一个发电体的前表面对着另一个发电体的后表面的方式受到支承；保持在该发电体之间的成对的平面集电体，每个平面集电体具有一个与发电体接触并能使空气通过的平面；和绝缘膜，该绝缘膜具有与发电体连通的流动通道，绝缘膜在这对集电体之间形成。

利用该结构，由于这对平面发电体受到支承，以致其中一个发电体的前表面对着另一个发电体的后表面，因此，与仅用一个平面发电体相比，面积是其两倍，并因此，即使每个发电体的尺寸很小，可获得约两倍的电动势。成对的平面集电体要求允许燃料气体如氢气经过其中，该平面集电体安装在其中一个发电体的前表面对着另一个发电体的后表面的区域中，并符合这种需求，用作间隔件的绝缘膜置于成对的集电体之间。在绝缘膜中形成气体通道，并且燃料气体经过气体通道供给这对平面发电体。特别是，如果绝缘膜由合成树脂制成，它可用作弹性部件，该弹性部件可弹性变形以便使该成对的发电体和集电体之间均匀接触。结果，有可能很容易地获得发电体和集电体之间的均匀压接触状态。

根据本发明，还提供有一种燃料电池的燃料供送机构，该燃料供送机构包括：成对的平面集电体，每个平面集电体具有开口部分；和保持在这对集电体之间的绝缘膜；其中燃料经过在绝缘膜中形成的燃料通道供给该成对集电体的每个开口部分。

利用该结构，气体通道形成为绝缘膜的一部分，并且燃料气体导入气体通道中。然后，这样导入气体通道中的燃料气体经过在平面集电体中形成的开口部分供给成对的发电体。由于气体通道与成对平面集电体连通，因此有可能将燃料气体有效地供给成对的发电体。如同本发明的燃料电池，绝缘膜还可用作间隔件。如果绝缘膜由合成树脂制成，可有助于发电体和集电体之间的均匀压接触。

根据本发明，还提供有一种发电体，该发电体包括：质子导体膜；和其间设有该质子导体膜的成对的平面电极；其中，当其中一个平面电极叠加在质子导体膜上时，质子导体膜的周边端部从其中一个平面电极的周边边缘暴露出来，并且以与质子导体膜的暴露周边端部紧密接触的方式提供有密封材料。

利用该结构，通过向发电体供送燃料气体，电动势由包括介于成对平面电极之间的质子导体膜的该发电体产生。其中一个平面电极比质子导体膜稍小，这样质子导体膜的周边端部从其中一个平面电极的周边边缘暴露出来。另一个平面电极具有与质子导体膜相同的大小。密封材料以与质子导体膜紧密接触的方式装在其中一个平面电极的周边上。结果，有可能确保良好的气密性。由于质子导体膜的周边端部没有被密封材料保持，或者没有保持在成对的密封材料之间，因此有可能确保均匀的密封。

根据本发明，还提供有燃料电池，该燃料电池包括：布置有绝缘膜的成对的平面氢侧集电体，该绝缘膜具有用于燃料电池的气体通道；成对的发电体，每个发电体均具有质子导体膜；其间设有质子导体膜的成对的平面电极；和密封材料，其中，每个发电体的其中一个平面电极与其中一个平面氢侧集电体的表面紧密接触，处于质子导体膜的周边端部从其中一个平面电极的周边边缘暴露出来，而且密封材料与质子导体膜的暴露的周边端部紧密接触的状态，并且成对的空气侧集电体中的每一个均与每个发电体的另一个平面电极紧密接触。

利用该结构，气体通道形成为绝缘膜的一部分，并且燃料气体被导入气体通道。然后，这样导入气体通道中的燃料气体经过在平面集电体中形成的开口部分供给成对发电体。该发电体包括保持在成对平面电极之间的质子导体膜。特别是，密封材料以与质子导体膜紧密接触的方式安装在其中一个平面电极的周边。结果，就有可能保持良好的气密性，并因此确保了均匀的密封。而且，因为形成了成对的平面发电体，与仅使用一个平面发电体的情况相比，面积变为其两倍，因此即使每个发电体的尺寸小，也可获得约两倍大的电动势。

根据本发明，还提供有制造发电体的方法，该方法包括以下步骤：以如下方式形成质子导体膜和其间设有质子导体膜的成对的平面电极，即当其中一个平面电极叠加在质子导体膜上时，质子导体膜的周边端部从其中一个平面电极的周边边缘暴露出来；并且使密封材料与所述质子导体膜暴露出来的周边端部紧密接触。

利用该结构，密封材料以与质子导体膜紧密接触的方式装在其中一个平面电极的周边上。因此，由于质子导体膜的周边端部没有被密封材料保持，或者没有保持在成对的密封材料之间，因而有可能确保均匀的密封。而且，在每个发电体的一个电极侧仅设置一个密封材料。也就是说，为每个发电体仅提供一个密封材料。结果，与相关技术结构相比，能减少密封材料的总数量。

附图说明

图1A至1G是根据本发明的第一实施例的燃料电池卡的分解透视图，其中图1A显示了上壳体，图1B显示了上集电体，图1C显示了发电体，图1D显示了氢供送部分，图1E显示发电体，图1F显示下集电体，而图1G显示了下壳体。

图2是显示将根据第一实施例的燃料电池卡插入笔记本大小的个人电脑中的状态下的透视图。

图3是根据第一实施例的燃料电池卡的外表面的透视图。

图4是根据第一实施例的燃料电池卡的截面图。

图5A至5C是根据第一实施例的燃料电池的下基本部分的分解透视图，其中图5A显示了下集电体，图5B显示绝缘膜，图5C显示下壳体。

图6A至6D是根据第一实施例的燃料电池卡的发电体的分解透视图，其中6A显示密封材料，图6B显示氢侧电极，图6C显示质子导体膜，图6D显示氧侧电极。

图7A至7C是根据第一实施例的燃料电池卡的氢供送部分的分解透视图，其中图7A显示氢侧集电体，图7B显示绝缘膜，图7C显示氢侧集电体。

图8A至8C是根据第一实施例的燃料电池卡的上基本部分的分解透视图，这里图8A显示上壳体，图8B显示绝缘膜，图8C显示上集电体。

图9是显示根据第一实施例的燃料电池卡的部分氢供送部分的平面图。

图10是根据第一实施例的燃料电池卡的氢供送部分的截面图。

图11是根据第一实施例的燃料电池卡的氢供送部分的透视图。

图12是根据第一实施例的燃料电池卡的发电体的平面图。

图13是根据第一实施例的燃料电池卡的发电体的放大截面图。

图14是根据第一实施例安装到燃料电池上的氢储存棒的平面图，左侧视图和底视图。

图15是本发明的燃料电池的一个修改例的示意透视图。

图16是本发明的燃料电池的另一修改例的示意透视图。

图17是本发明的燃料电池的又一修改例的示意透视图。

图18A至18E是显示本发明的燃料电池的氢供送部分所用的绝缘膜形状的实例的平面图。

图19A至19C是从顶和侧面看去的视图，它们显示了本发明的燃料电池的氢供送部分所用的绝缘膜的周边部分的结构实例。

图20是根据本发明的第二实施例的燃料电池的透视图。

图21A至21C是透视根据第二实施例的燃料电池的分解透视图，其中图21A显示上壳体，图21B显示发电体等，图21C显示下壳体。

图22是显示根据第二实施例的燃料电池的平面图，其部分被切掉。

图23是沿着图22的线XXIII-XXIII看去的截面图，显示了根据第二实施例的燃料电池。

图24是沿着图22的线XXIV-XXIV看去的截面图，显示了根据第二实施例的燃料电池。

图25是沿着图22的线XXV-XXV看去的截面图，显示了根据第二实施例的燃料电池。

图26是根据第二实施例的燃料电池的侧视图，显示了其输出端侧。

图27是根据第二实施例的燃料电池的侧视图，显示了其氢储存盒侧。

图28是根据第二实施例的燃料电池的一个修改例的截面图，其中风扇安装有螺旋叶片部分。

图29是根据本发明的第三实施例的燃料电池的部分透视图。

图30是根据本发明的第四实施例的燃料电池的基本部分的典型平面图。

图31是显示根据第四实施例的燃料电池的基本部分的截面图。

图32是根据第四实施例的燃料电池的典型平面图，显示了遮板关闭的状态。

图33是根据本发明的第五实施例的燃料电池的典型平面图。

图34是显示使用质子导体膜的普通燃料电池的一个实例的典型视图。

图35是相关技术的燃料电池的分解透视图。

图36是显示另一相关技术的燃料电池的截面图。

具体实施方式

[第一实施例]

下面参考附图描述根据本发明的燃料电池的第一实施例。

图1A至1G是根据本发明的燃料电池的一个实施例的燃料电池卡的分解透视图。通过将七个主板状的元件相互叠加，本实施例的燃料电池卡10形成具有PC卡大小的功能卡的形状。从上面开始依次布置的七个主要元件是：上壳体14；上部氧侧集电体16；一对上发电体11，这对上发电体11从中央向上放置；氢供送部分13，该氢供送部分13布置在中央，以便提供氢气(H₂)作为燃料气体；一对下发电体12，这对下发电体12从中央向下放置；下部氧侧集电体17；和下壳体15。上壳体14和下壳体15成对，以便形成燃料电池卡10的外壳。能给燃料电池卡10供送氢的氢储存棒18形成为板状形状，它的厚度与燃料电池卡10的厚度几乎相等，并可与燃料电池卡10连接。在燃料电池卡10的连接侧，杆状突出部分20在氢储存棒18的一部分上形成，氢经过该突出部分供给燃料电池卡10。

如图2所示，燃料电池卡10可插入设备主体的插卡槽22中，该设备主体在本实施例中以笔记本大小的个人电脑21为例子，并且该燃料电池卡10安装到笔记本大小的个人电脑21中。当槽22设计成是在与燃料电池卡10兼容的设备主体的外壳内形成的槽，该槽可设计成在JEIDA/PCMCIA标准下具有标准化尺寸的槽。具体地，PC卡的槽的大小在JEIDA/PCMCIA标准下是特定的，这样槽的纵向尺寸(长侧边)在85.6mm±0.2mm的范围内，并且槽的横向尺寸(短侧边)是在54.0mm±0.1mm的范围内。PC卡的厚度在JEIDA/PCMCIA标准下对PC卡的类型I和类型II中的每一个也是特定的，这样对类型I，连接部分的厚度在3.3mm±0.1mm的范围内，并且基本部分的厚度在3.3mm±0.2mm的范围内，而对类型II，连接部分的厚度在3.3mm±0.1mm的范围内，并且基本部分的厚度在5.0mm或更小范围内，并且基本部分的标准厚度±0.2mm。

应注意在本实施例中，槽22设置在代表设备主体的笔记本大小的个人电脑21的主体的侧部，并在键盘侧上；但是，其中设有槽22的部分可作为图2的虚线所示的可选框架(bay)23的一部分。

图3是示出燃料电池卡10的装配状态的透视图，图4是燃料电池卡10的截面图。考虑到燃料电池卡10的便携性，燃料电池卡倒有圆角。通过将形成为平板形的上壳体14装在下壳体15中，且其它元件装在两者之间，并用图3中未示出的螺钉将上壳体14固定在下壳体15上，这样装配燃料电池卡10。作为空气入口的若干开口部分31在上壳体14中形成，其中氧气经过该开口部分31导入外壳中。根据本实施例，将开口部分31特定化，以便每个开口部分31构造成近似矩形的通孔，并且在水平方向上平行设置成两组，每组具有排列成五行/三列图案的15个开口部分31。因此，在本实施例中，在上壳体14内共设置总共30个开口部分31。随着开口部分31的出现，发电体11(将在后面描述)的氧侧电极对大气开放，以便实现氧气的有效量的吸入而无需提供任何特定吸入装置，而且实现了对通过操作燃料电池排出的过量含水量的消除。

在本实施例中，因为每个集电体都形成为网格状图案，开口部分31形成与集电体的网格状图案相同的图案；但是，它们可形成不背离本发明的范围的任何其它图案。每个开口部分31的形状可从各种形状例如圆形、椭圆形、条形和多边形中选择。开口部分31的数量和布置可多样地变化。例如，可在水平方向上平行设置成两组，每组都具有排列成六行/五列图案的30个开口部分31，因此，在上壳体14内共设置了总共60个开口部分31。在本实施例中，通过从板状上外壳14切割掉与开口部分31对应的部分，形成开口部分31。而且，可设置用于防止废物和灰尘渗透或附着的网状物或非织造织物，用于将开口部分31覆盖住，其范围是不妨碍氧侧电极对大气开放的状态。如图4所示，下壳体15具有与上壳体14的开口部分31对应的开口部分41。与上壳体14的开口部分31相似，下壳体15的开口部分41的形状可多样地变化，而且可以设置网格状物或非织造织物以便覆盖开口部分41。

如图3中详细所示，能提供氢的氢储存棒18通过下述方式与燃料电池卡10连接，即将两个销19插入两个装配孔33中，销19形成于燃料电池卡10的连接侧上的氢储存棒18的侧表面上，装配孔33形成于氢储存棒18的连接侧上的下壳体15的侧表面中。此时，作为氢储存棒18的氢入口的突出部分20插入矩形装配孔32中，该矩形装配孔在氢储存棒18的连接侧上的下壳体15的侧表面中形成，并与氢供送部分13的氢管道部分(未示出)的端部连接，该氢管道部分在壳体中延伸到达装配孔32的位置。顺便提一句，氢储存棒18可拆卸地安装在燃料电池卡10上。例如，如果氢储存棒18中储存的氢的余量减少到特定数量或更少，从燃料电池卡10上去掉氢储存棒18，并用一个新的代替，其中通过将氢注入移去的氢储存棒18内，可储存或恢复足够量的氢到可再用状态。应注意，在本实施例中，通过将氢储存棒18的销19安装到装配孔33中，将氢储存棒18安装到燃料电池卡10上；但是，通过使用其它连接件，例如通过使用可将销19插入其中的键槽或使用锁紧部件或滑动抵抗偏压弹簧的偏压力的磁铁，将氢储存棒18安装到燃料电池卡10上。

下面顺序描述每个燃料电池卡10的元件。图5A至5C是分别示出下部氧侧集电体17、绝缘膜50和下壳体15的透视图。下壳体15可由金属材料，例如不锈钢、铁、铝、钛或镁，或者耐热性和化学稳定良好的树脂材料，例如环氧树脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、聚苯乙烯、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或聚碳酸酯制成。替代地，下壳体15可由合成材料，例如强化纤维树脂制成。如同上壳体14的开口部分31，矩形通孔形状的两组上述开口部分41在下壳体15的平板部分中形成，每组开口部分41都布置成5行/3列图案。开口部分41形成为矩形通孔，具有与上壳体14的开口部分31基本相同的形状。

下壳体15的内部通常分隔成三个外壳部分：一对发电体外壳部分，用来容纳成对发电体11和成对发电体12；和管道外壳部分46，用来容纳氢供送部分13的氢管道部分(后面会描述)。外壳部分被从下壳体15的底面竖起的突起的肋部42和沿着下壳体15的周边边缘竖起的侧壁部分相互分隔开。突起的肋部42和侧壁部分的上端表面与上壳体14的后表面直接接触，因此它们形成近似平坦的表面。若干螺孔44设置在突起的肋部42和侧壁部分的上表面中。突起的肋部42形成可用做定位部件的形状，以便定位上部氧侧集电体16、成对的发电体11和成对的发电体12、氢供送部分13和下部氧侧集电体17，后面将详细描述这些部件。

如上所述，在连接到氢储存棒18的连接侧上，下壳体15的侧表面43具有成对的装配孔33，并且还有形成装配孔32的侧表面壁和底面壁，以便连接氢管道部分的端部。对着侧表面43的下壳体15的侧壁具有一对电极抽出槽48和49。与氧侧电极相连的氧侧集电体16和17(后面会描述)的电极突现片(emergence piece)64和114在电极抽出槽48中突起。同时，氢供送部分13(后面将描述)的氢侧集电体81和82的电极突现片94在电极抽出槽49中突起，该电极突现片94与发电体11和12的氢侧电极相连。两个连通凹槽45在其中一个突起的肋部42中形成，该连通凹槽45用来将氢从氢管道部分供给置于成对发电体11和12之间的氢供送部分13，该肋部42位于用于容纳氢管道部分的管道外壳部分46和用于容纳成对发电体11和12的发电体外壳部分之间。连通凹槽47在其中一个突起的肋部42中形成，该肋部42位于在水平方向上平行布置的成对发电体外壳部分之间。集电体16的连接部分112和集电体17的连接部分62可装在连接凹槽47中。

绝缘膜50置于下壳体15和下部氧侧集电体17之间。绝缘膜50由聚碳酸酯制成，并且具有约0.3mm的厚度。一对网格状区域在绝缘膜50中形成。每组开口部分51布置成5行/3列图案的两组开口部分51以如下方式在这对绝缘膜50的成对网格状区域中形成，即在垂直方向上与两组开口部分41对齐，该开口部分41布置成在下壳体15中的两个5行/3列图案。装在下壳体15的连接凹槽47中的上述连接部分52设置在绝缘膜50的近似中央部分上。

下部氧侧集电体17典型地由其表面被镀金处理过的金属板制成。下部氧侧集电体17与发电体12的氧侧电极接触(后面会描述)，以便经形成在下部氧侧集电体17中的两组开口部分61(每组开口部分61布置成5行/3列图案)供送氧。开口开得很大的每个开口部分61用作集电体17的气体输送部分。由于布置成两个5行/3列图案的两组开口部分61与两组开口部分51和两组开口部分41对齐，该开口部分51布置成绝缘膜50的两个5行/3列图案，该开口部分41在垂直方向上布置成下壳体15的两个5行/3列图案，所以发电体12的氧侧电极向大气开放，从而给发电体12供送氧而不降低压力，即空气中氧的分压力。另一方面，在电动势产生的时候，在发电体12的氧侧电极的表面上产生潮气；但是，这些潮气可理想地去除，因为氧侧电极经所述大的开口部分61向大气开放。设置以从电极抽出槽48突出来的上述电极突现片64形成为矩形片，该矩形片在对应电极抽出槽48的位置处、在下部氧侧集电体17上沿着燃料电池卡10的纵向延伸。通过在氢管道部分的深度侧上有效使用不工作区，使用来定位和保持下部氧侧集电体17的突出部分63形成在下部氧侧集电体17的侧边处。应注意，无需提供所有的电源突现片64、94和114和突出部分63、93和113。例如，如果突出部分93-2与突出部分113电连接，并且电源突现片64和94作为外部输出端，可省略其它电源突现片。应注意，下部氧侧集电体17可由包含碳材料的导电塑料制成，在支承件上形成的金属膜。

下面参考图6A至6D、12和13描述各发电体11和12的结构。具有共同结构的发电体11和12仅在一点上彼此不同，即发电体11以如下方式位于外壳内的上侧，该方式为氢侧电极73向下(向着外壳的中央侧)，而氧侧电极71向上(向着外壳的外侧)，但发电体12以如下方式位于外壳内的下侧上，该方式为氢侧电极73向上(向着外壳的中央侧)，而氧侧电极71向下(向着外壳的外侧)。换句话说，具有相同结构的发电体11和12安装成状态在垂直方向上相反。

作为固体聚合物膜的代表的质子导体膜72设置在每个发电体11和12中，该质子导体膜形成接近方形的近似矩形。在电能产生期间，已分离的质子迁移到质子导体膜72中。氧侧电极71与质子导体膜72的一个表面密切接触，而氢侧电极73与质子导体膜72的另一表面密切接触，借此质子导体膜72保持在氧侧电极71和氢侧电极73之间。形成为接近方形的近似矩形的氧侧电极71具有与质子导体膜72基本相同的大小，而形成为接近方形的近似矩形的氢侧电极73具有比氧侧电极71和质子导体膜72中的每一个都小的尺寸。因此，在氢侧电极73粘在质子导体膜72上时，质子导体膜72的、具有约2mm的宽度的周边部分暴露出来。如图12所示，根据本实施例，具体为垫圈形式的密封材料74以与质子导体膜72的周边部分密切接触的方式安装，所述质子导体膜72以氢侧电极73粘在质子导体膜72上的状态暴露出来。在本实施例中，具有高弹性和气密性的材料，例如硅橡胶，用作呈垫圈形式的密封材料74。密封材料74中形成的大孔75装到比质子导体膜72小的氢侧电极73的周边边缘。换句话说，因为氢侧电极71经在集电体和壳体内形成的大开口部分基本向大气开放，所以不需要使用这种垫圈的气体密封。结果，就有可能减少部件的数量并减少安装步骤。采用垫圈形式的密封材料74的厚度设置成几乎等于或大于氢侧电极73的厚度。例如，氢侧电极73的厚度设置成0.2mm，密封材料74的厚度可设置成0.3mm。当集电体压到发电体11或12上时，密封材料74在厚度方向上弹性压缩约0.1mm的量，以便实现集电体及密封材料74和位于密封材料74内部的氢侧电极73中的每一个之间的均匀接触，以便改善燃料电池的导电特性。而且，因为无密封材料出现在氧侧电极71上，与密封材料在质子导体膜两侧形成的相关技术的结构相比，质子导体膜72端部的刚性当然不依赖于密封材料的特性变化地较高，因此显著改善了气密性特性。另外，小于质子导体膜72的氢侧电极73与密封材料74的接触面可形成为垂直面；但是，氢侧电极73的所述接触面最好形成为反斜度平面。在这种情况下，密封材料74的孔75的壁面可形成通常斜平面。根据该结构，有可能改善密封材料74和质子导体膜72之间的粘附性。

如上所述，根据发电体11和12的数量，在燃料电池卡10的外壳内，这对发电体11在上侧平行地水平布置，并且这对发电体12在下侧平行地水平布置。电能经过共同的集电体16和17等从这些发电体11和12发出。结果，发电体11和12的电路等价于有两个电池的平行电路的电路。通过使两个氢侧集电体(后面会描述)相互短路并且使氧侧集电体16和17相互短路，可将四个发电体11和12平行连接。在下壳体15的上述连通凹槽47的空间内，通过切断包括两个氢侧集电体和两个氧侧集电体16和17的集电体之间的连接，然后通过引线结合法或接线片将氢侧集电体与氧侧集电体电连接，将上侧发电体11与下侧发电体12连接，因此，四个发电体11和12也可串联。

下面参考图7A至7C，9，10和11描述氢供送部分13的结构。氢供送部分13是在垂直方向上位于燃料电池卡10中央的部件，并具有向发电体11和12之间的空间供送作为燃料气体的氢的功能，该空间通过氢供送部分13的氢侧集电体产生电能。氢供送部分13包括：一对氢侧集电体82和81；保持在氢侧集电体82和81之间的两组绝缘膜83和84，用作连通发电体11和12的气体通道；和氢管道部分91，该氢管道部分91用来经集电体82和81，将作为燃料气体的氢供给发电体11和12。

氢侧集电体81是与在成对下侧发电体12的前表面上形成的氢侧电极73区域接触的部件。与发电体12接触的面构造成能让氢通过那里。氢侧集电体81由金属板形成，同时其表面被镀金处理。图7A至7C中的氢侧集电体81的后表面侧与发电体12的氢侧电极73接触。氢侧集电体81有两组开口部分87，每组开口部分87布置成五行/三列图案。氢从氢侧集电体81经开口部分87供给发电体12的氢侧电极73。因为开口部分87形成于氢侧集电体81与发电体12的接触面中，所以有可能在其较宽范围内给平板形发电体12供送氢。装在下侧壳体15的上述连通凹槽47中的连接部分97设置在氢侧电极81的近似中央部分处。

氢侧集电体82是与在成对上侧发电体11后表面上形成的氢侧电极73区域接触的部件。与发电体11接触的面构造成氢可通过。如同氢侧集电体81，氢侧集电体82由金属板形成，同时其表面被镀金处理。图7A至7C中的氢侧集电体82的前表面侧与发电体11的氢侧电极73接触。氢侧集电体82有两组开口部分88，每组开口部分88都布置成五行/三列图案。氢从氢侧集电体82经开口部分88供给发电体11的氢侧电极73。因为开口部分88在氢侧集电体82与发电体11的接触面中形成，就有可能在其较宽范围内将氢供给平板形的发电体11。安装在下侧壳体15的上述连通凹槽47中的连接部分97设置在氢侧电极82的近似中央部分处。

氢侧集电体81和82以这种方式布置，即上侧集电体82的后表面对着下侧集电体81的前表面，同时将两组绝缘膜83和84作为间隔件放置其间。成对绝缘膜83和84中的每一个都由诸如聚碳酸酯的树脂膜冲切形成为近似U形。绝缘膜83和84是成对的，同时它们的U形凹进部分彼此面对，以便在其中央部分形成近似矩形空间，以用作气体通道。近似矩形的空气通道近乎对应于布置成氢侧集电体81的五行/三列图案的一组开口部分87的区域，并且也对应于布置成氢侧集电体82的五行/三列图案的一组开口部分88的区域。与氢管道部分91的空心部分连通的氢入口86，在氢管道部分91侧、在成对绝缘膜83和84的结合体的一侧边中形成，并且泄漏孔85在成对绝缘膜83和84的结合体的对着氢入口86的另一侧边形成。泄漏孔85可以用可打开/可关闭的阀替代，并且在某些情况下，可不设泄漏孔85。两组绝缘膜83和84的高度限定了氢侧集电体81和82之间的空间，该氢侧集电体81和82这样布置以便集电体81的前表面对着集电体82的后表面，同时绝缘膜83和84放置于其间。换句话说，借助于两组绝缘膜83和84的高度，确定了高度方向上氢供送部分13的厚度。

氢管道部分91是具有沿着燃料电池卡10的纵向延伸的矩形横截面的管道部件。装配孔96在氢储存棒18的连接侧，在氢管道部分91的一端部形成，该装配孔内安装有氢储存棒18的突出部分20。氢管道部分91是空心的，以使氢能从那里经过。氢储存合金部件可布置在氢管道部分91的一部分中。通过将氢侧电极81和82的突出部分89和90的前导端插入形成于氢管道部分91的侧表面上的两个水平伸长的插入端口92中，氢管道部分91与氢侧集电体81和82连接。在插入氢管道部分91的插入端口92的情况下，突出部分89和90由氢侧电极81和82的侧端部稳定地水平支承，该突出部分89和90从氢侧电极81和82的侧端部沿着氢侧电极81和82的平面突出。在氢侧电极82和81中，定位以从下壳体15的电极抽出槽49突出来的上述电极突现片94在对应电极抽出槽49的位置，分别形成作为沿着燃料电池卡10的纵向延伸的矩形片。通过有效地使用氢管道部分91深度侧上的不工作区，用于定位和保持氢侧电极82和81的上述突出部分93分别在氢侧电极82和81的侧端处形成。燃料可从左侧插入端口92供给左侧发电体，并且燃料也可从右侧插入端口92供给右侧发电体。替代地，燃料可从其中一个插入端口92经左侧发电体和右侧发电体之间连通的通道供给发电体。

图8A至8C是透视图，分别显示了上壳体14、绝缘膜100和布置在上壳体14下的上部氧侧集电体16。如同下壳体15，上壳体14可由金属材料，例如不锈钢、铁、铝、钛或镁，或者抗热和化学稳定性优良的树脂材料，例如环氧树脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、聚苯乙烯、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或聚碳酸酯制成。替代地，上壳体14可由合成材料，例如纤维强化树脂制成。两组矩形通孔形状的上述开口部分31在上壳体14内形成，每组开口部分31都布置成五行/三列图案。

绝缘膜100布置于上壳体14和上部氧侧集电体16之间。绝缘膜100由聚碳酸酯制成，并且厚度是约0.3mm。一对网格状区域在绝缘膜100中形成，两组开口部分101以如下方式在绝缘膜的成对网格状区域中形成，即在垂直方向上对准布置成上壳体14的两个五行/三列图案的两组开口部分31，其中所述每组开口部分101都布置成五行/三列图案。装在下壳体15的连接凹槽47中的上述连接部分102设置在绝缘膜100的近似中央部分上。

上部氧侧集电体16典型地由金属板形成，同时该金属板表面被镀金处理。上部氧侧集电体16与上发电体11的氧侧电极71接触，以便经在上部氧侧集电体16中形成的两组开口部分111(每组开口部分111均布置成五行/三列的图案)提供氧。大开口的每个开口部分111用作集电体16的气体传输部分。由于布置成五行/三列图案的两组开口部分111在垂直方向上对准布置成绝缘膜100的两个五行/三列图案的两组开口部分101和布置成上壳体14的两个五行/三列图案的两组开口部分31，发电体11的氧侧电极71对大气开放，因此给发电体11供送氧气而不降低压力，即空气中氧气的分压力。另一方面，在产生电动势的时候，在发电体11的氧侧电极71的表面产生潮气；然而，这种潮气可被理想地去掉，因为氧侧电极经大开口部分111对大气开放。上述电极突现片114在上部氧侧集电体16上对应于电极抽出槽48的位置处形成为沿燃料电池卡10的纵向延伸的矩形片，其中该电极突现片布置得从下壳体15的电极抽出槽48突出来。通过有效使用氢管道部分的深度侧上的不工作区，用于定位和保持上部氧侧集电体16的突出部分113在上部氧侧集电体16的一侧边缘处形成。注意，上部氧侧集电体16可由含碳材料的导电塑料形成，在支承部件上形成的金属膜。

根据本实施例的上述燃料电池卡10有下述的作用：

具有氢侧集电体82和81的氢供送部分13布置成使得氢侧集电体82的后表面和氢侧集电体81的前表面彼此相对，并且发电体11和12布置成分别粘在氢侧集电体82的前表面和氢侧集电体81的后表面上。因此，发电体11和12从上到下粘在共同的供气部分，即氢供送部分13上，这导致发电体11和12的电能产生面积增加。而且，由于两组绝缘膜83和84保持作为氢侧集电体82和81之间的间隔件，所以作为燃料气体的氢可经过在该间隔件中形成的开口，确实地供送给平板形的发电体11和12，该发电体11和12分别粘在氢侧集电体82和81的外侧上。特别是，如果绝缘膜83和84中每个都由合成树脂例如聚碳酸酯制成，这种绝缘膜可用做弹性部件，该弹性部件弹性变形，以便在发电体11和12分别与氢侧集电体82和81压接触时，导致成对平板形发电体11和12与集电体82和81之间均匀的接触。结果，就有可能容易地获得发电体11和上部氢侧集电体82之间，与发电体12和下部氢侧集电体81之间的均匀压接触状态。

在发电体11和12的每一个中，在密封材料74中形成的大孔75装在小于质子导体膜72的氢侧电极73的周边边缘上，并且氧侧电极71侧借助粘在氧侧电极71上的氧侧集电体的大开口部分基本向大气开放，因此，它无需任何气体密封。这对减少部件数量和安装步骤数是有利的。而且，当集电体压住发电体时，由于具有弹性的密封材料74在厚度方向上压缩，以实现集电体与密封材料74和密封材料74内的氢侧电极73之间的均匀接触，因此改善燃料电池的导电特性。另外，因为在氧侧电极71侧无密封材料，所以可确保氧侧电极71的刚性，这是因为氧侧电极71没有受到密封材料特性的影响。结果，就有可能显著改善发电体的气密性。

在根据本实施例的燃料电池卡10中，因为发电体11和12的氧侧电极向大气开放，氧气可供送给发电体11和12而不会降低压力，即空气中的氧气的分压力。虽然，在产生电动势的时候，潮气产生在发电体11和12的氧侧电极表面，这种潮气可理想地被去掉，因为氧侧电极经过粘附在氧侧电极上的集电体的大开口部分对大气开放。

如图2所示，根据本实施例的燃料电池卡10可插入作为设备主体的笔记本大小的个人电脑21的插卡槽22，并安装到笔记本式个人电脑21上。特别是，通过使用与便携设备所用的标准PC卡尺寸相同的燃料电池卡10，就有可能延长便携设备的服务时间。在这种情况下，虽然若干发电体11和12放置在PC卡的外壳中，因为氧侧电极71向大气开放，氧气可在充足压力下供给发电体的氧侧电极71，结果无需提供任何供气装置例如气缸或泵。结果，就有可能实现燃料电池中的空间节省，并无需提供任何附加的辅助装置。

图15至17显示了根据本实施例的燃料电池卡的修改例。在如图15所示作为一个修改例的燃料电池卡系统中，燃料电池卡151具有在JEIDA/PCMCIA标准下标准化的型号I的上述尺寸范围内的尺寸(厚度：3.3mm)。燃料电池卡151具有与上述燃料电池卡10相同的内部结构。燃料电池卡151可连接到卡式氢储存部分，该氢储存部分组成板状部件153和矩形部件152的结合体。当燃料电池卡151连接到卡式氢储存部分时，燃料电池卡151的厚度和卡式氢储存部分的板状部件153的厚度之和给定在JEIDA/PCMCIA标准下标准化的型号II的上述范围内(约5mm或更少)。如上构造的燃料电池卡151可安装到各种类型的笔记本电脑上。该卡式氢储存部分允许燃料电池卡151能够长时间地使用，该卡式氢储存部分具有等于板状部件153和矩形部件152的体积之和的大的氢储存体积。

图16显示作为另一修改例的PC卡式燃料电池卡系统。燃料电池卡161可与具有一定厚度大小的氢储存部分162连接。燃料电池卡161具有与上述燃料电池卡10相同的内部结构。氢储存部分162可拆卸地安装到燃料电池卡161上。由于氢储存部分162比前面的实施例所描述的氢储存棒18厚，因此，它允许燃料电池卡161的使用时间更长。

图17显示了作为又一修改例的燃料电池171，其尺寸与外壳例如可拆卸盘的尺寸相同。用来供送氢的氢储存棒172可插入到设置在燃料电池171一个端部中的槽173中。用来输出燃料电池171的电动势的输出端174在燃料电池171的前边缘处形成，并且从输出端174延伸出的电源插头175可与诸如个人电脑的设备主体连接，以便通过使用燃料电池171使设备主体运行。

在前面实施例中每个发电体11和12的绝缘膜83和84的形状可修改成图18A至18E所示的形状。图18A显示出绝缘膜的实例，它具有与前面实施例中绝缘膜83和84的组合形状相同的形状。该实例包括由聚碳酸酯制成的绝缘膜180，其中形成近似矩形的燃料通道181。图18B显示由绝缘膜182构成的另一绝缘膜实例，它与图18A所示的绝缘膜180的不同在于，两个左突起184和两个右突起184以如下方式设置在燃料通道183中，即沿垂直于氧气从燃料入口流动的方向突出。利用该结构，由于粘在绝缘膜182两侧上的相对氢侧电极不仅可由绝缘膜184的周边部分而且可由突起184支承，这就有可能在确保燃料通道183的同时，增强成对的相对平板形氢侧电极之间的绝缘。图18C显示又一个绝缘膜实例，它包括绝缘膜185，该绝缘膜185与图18B所示的绝缘膜182的不同在于，两个左突起187和两个右突起187都以如下方式设置在燃料通道186中，即沿平行于氧气从燃料入口流动的方向突出。即使利用该结构，由于粘在绝缘膜185两侧上的相对氢侧电极不仅可由绝缘膜185的周边部分而且可由突起187支承，这就有可能在确保燃料通道186的同时，增强这对相对平板形氢侧电极之间的绝缘。

图18D显示了又一个绝缘膜实例，它包括以矩形密闭条的形式延伸的绝缘膜188和圆形绝缘部分190，该圆形绝缘部分190在燃料通道189的近似中央部分形成，该燃料通道189由矩形的条形绝缘膜188形成。利用该结构，由于燃料例如氢气或甲醇在燃料通道189中沿着圆形绝缘部分190扩散，就有可能增强燃料电池的电动势。图18E显示另一个绝缘膜实例，它包括以矩形密闭条形式延伸的绝缘膜191和若干(在本实例是5个)圆形绝缘部分193，该绝缘部分193在由矩形条形绝缘膜191形成的燃料通道192的近似中央部分处形成。利用该结构，燃料例如氢气或甲醇可理想地在燃料通道192中沿着圆形绝缘部分193扩散。

在前面的实施例中每个发电体11和12的绝缘膜83和84的流体通道结构可修改成图19A至19C所示的那些修改例。图19A显示绝缘膜实例，该实例具有与前面实施例中所述的绝缘膜83和84的组合形状相同的形状。本实例包括聚碳酸酯制成的绝缘膜195，该绝缘膜195有近似矩形燃料通道的中央部分，该矩形燃料通道有进口195e和出口195f。过多的燃料可从出口195f排出。图19B显示另一绝缘膜实例，该实例没有泄漏孔例如图19A所示的出口195f。该实例包括以矩形密闭条形式延伸的绝缘膜196，该绝缘膜在其中央部分具有仅有入口196e的近似矩形流道。图19C显示包括由聚碳酸酯制成的绝缘膜197的又一个绝缘膜的实例。绝缘膜197以近似矩形密闭条形式延伸，在其中央部分具有带入口197e和出口197f的近似矩形流道，其中阀198在出口197f的流出侧上形成。当燃料例如氢的内部压力过高时，阀198打开以便降低内部压力，并且当燃料的内部压力在最佳范围内时，阀198保持关闭以防燃料的泄漏浪费。

[第二实施例]

参考图20至27，下面描述本发明的近似平板形卡式燃料电池的第二实施例。根据本实施例的卡式燃料电池主要特征在于，马达驱动的风扇作为卡式燃料电池的两侧部分上的气流引导装置，并且在外壳内部设置若干凹槽作为空气通道，用来在发电体的表面上引导空气，该空气通过风扇供送，作为氧侧燃料。

参考图21A至21C，根据该实施例的卡式燃料电池的外壳包括上壳体211和下壳体212，每个壳体都由合成树脂材料模制而成，该合成树脂材料具有特定刚性、抗热性和抗酸性。上壳体211叠加在下壳体212上，以便形成近似平板卡形的外壳。卡式燃料电池的外壳尺寸可以例如满足JEIDA/PCMCIA标准下标准化的PC卡的外壳的标准尺寸。JEIDA/PCMCIA标准下外壳的标准尺寸这样限定，即外壳的纵向尺寸(长侧)在85.6mm±0.2mm范围内，外壳的横向尺寸(短侧)在54.0mm±0.1mm范围内。对于型号I和型号II中的每一个，卡的厚度也在JEIDA/PCMCIA标准下如下标准化：即，对型号I，卡的连接部分的厚度在3.3mm±0.1mm范围内，并且卡基部的厚度在3.3mm±0.2mm范围内；对型号II，卡的连接部分的厚度在3.3mm±0.1mm范围内，并且卡基部的厚度在5.0mm或更少，基部的标准厚度±0.2mm的范围内。根据本实施例，相对于作为电池主体的外壳的尺寸，该外壳通过上壳体211叠加在下壳体212上形成，处于电池主体上没有安装任何附加元件状态下的电池主体的尺寸可设定为满足JEIDA/PCMCIA标准下的标准尺寸，或者处于下面将描述的在氢储存盒202与电池主体连接后的状态下的电池主体的尺寸可设定为满足JEIDA/PCMCIA标准下的标准尺寸。替代地，根据本实施例，处于在适配器或类似物与电池主体结合后的状态下的电池主体的尺寸可设定为满足JEIDA/PCMCIA标准下的标准尺寸。

一排开口部分222和一排开口部分223在一侧部分内形成，并沿矩形上壳体211的一个长侧伸展。开口部分222和223是在厚度方向穿过上壳体211的通孔，并用作空气入口和空气出口，以便使空气吸入外壳内或排出外壳外。在本实施例中，开口部分222和223形成圆形，然而，它们可形成椭圆形、矩形或多边形。若干凹槽224在上壳体211的外表面中形成，当外壳由使用者的手抓握时，该凹槽用作防滑装置。

如图24所示，若干凹槽241以如下方式平行地在上壳体211的内表面中形成，即在上壳体211的横向上几乎直线伸展，更具体的是，从沿近似矩形的上壳体211的一个长侧边布置的风扇233的位置向沿上壳体211的另一个长侧边布置的风扇231的位置附近伸展。风扇233和231构成气流引导装置，凹槽241构成空气通道。每个凹槽241形成近似U形的横截面。在上壳体211内，凹槽241构成风扇空间部分237，该风扇空间部分237形成以便围绕风扇233。风扇空间部分237形成沿上壳体211的长侧边伸展的近似矩形，近似圆柱形的风扇233装在风扇空间部分237内，它们之间保持特定的间隙。除了在风扇233侧的风扇空间部分237外，在风扇231侧的风扇空间部分237形成沿上壳体211的长侧边伸展的近似矩形，近似圆柱形的风扇231装在风扇空间部分237内，它们之间保持特定的间隙。在上壳体211内，在风扇231侧的风扇空间部分237直接定位在上壳体211内形成的外侧开口部分222之下，其中从开口部分222引导来的空气受控制，以便通过风扇231流入设置在外壳内部的凹槽(下面描述)。在本实施例中，从开口部分222引导来的空气通过风扇231导入在下壳体212内形成的凹槽238中。同时，穿过在上壳体211内形成的凹槽的空气通过风扇233引导穿过开口部分239，该开口部分239在下壳体212的长侧边附近以向大气开放方式形成。

下壳体212是与上壳体211成对的部件，以便形成卡形外壳。如图21A至21C所示，与上壳体211类似，若干上述凹槽238以在下壳体212的横向几乎沿直线伸展的方式在下壳体212的内表面中平行地形成，即从用于容纳沿近似矩形的下壳体212的长侧边伸展的风扇231的风扇空间部分237的位置向用于容纳沿下壳体212的另一个长侧边伸展的风扇233的风扇空间部分237的一个位置附近伸展。每个凹槽238形成为近似U形横截面。在下壳体212中，凹槽238构成风扇231侧的风扇空间部分237。凹槽238终止于与风扇231相对的风扇233附近，并通过设置在凹槽238末端处的开口部分240与外壳外侧连通。在下壳体212内，风扇233侧的风扇空间部分237直接布置在上述开口部分239上，该开口部分239以向大气开放的方式在下壳体212内形成，其中从开口部分239引导的空气受控制以便通过风扇233流入凹槽241内，该凹槽241在上壳体211的内表面中形成。

凹槽在上壳体211和下壳体212的内表面中以如下方式形成，即在与上述壳体211和212的长侧边垂直的方向上伸展，一对发电体251和252和另一对发电体251和252在壳体211和212内部相邻布置，并呈与壳体211和212的内表面(设有凹槽)接触的状态。在本实施例中，成对的发电体251和252如下结合成一体：即，上侧发电体251叠加在下侧发电体252上，以便在发电体251和252的内侧上的一对氢侧电极(或共同氢侧电极)保持在发电体251和252的外侧上的氧侧电极之间。由于发电体251和252的氢侧电极定位在成对的发电体251和252的相结合的主体的中心侧上，气体燃料，例如基于氢的燃料、基于甲醇的燃料、或基于氢硼化物的燃料，或液体燃料可很容易地供给成对的发电体251和252的结合体的氢侧电极。而且，由于氢侧电极定位在成对的发电体251和252的结合体的中心侧上，氧侧电极定位在成对的发电体251和252的结合体的前表面和后表面上。换句话说，形成近似平板形的成对的发电体251和252的结合体由氧侧电极围绕。因此，有可能提高燃料电池的电能产生的有效面积。

下面描述成对的发电体251和252中的每一个的电能产生机构。发电体包括作为电解质膜的质子导体膜，在质子导体膜的一侧上形成的氢侧电极，和在质子导体膜的另一侧上形成的氧侧电极。燃料流体例如氢气从外界来源供给氢侧电极。燃料流体穿过氢侧电极内的孔，到达反应区。在反应区内，氢气被吸收到在氢侧电极内包含的催化剂中以转换成活性氢原子。活性氢原子变成氢离子，氢离子迁移到作为反电极的氧侧电极，同时，电离产生的电子发送到氢侧电极。这些电子穿过与外部端子连接的电路，到达氢侧电极，从而导致电动势。

发电体的每个氧侧电极和氢侧电极由金属板形成，或由多孔金属材料或导体材料例如碳材料制成的板形成。集电体与这些氧侧电极和氢侧电极连接。集电体是显露由电极产生的电动势的电极材料，由金属材料、碳材料或具有导电性的非织造织物制成。具有电解质膜保持在氧侧电极和氢侧电极之间的结构的每个发电体251和252被称为“MEA(膜和电极组件)。特别是，根据本实施例，成对的发电体251和252以如下方式结合成一体，即相互叠加且氢侧电极指向内，结果，氧侧电极定位在成对的发电体251和252的结合体的前表面和后表面上。在本实施例中，每个发电体251和252形成近似矩形，该矩形在卡形外壳211和212的长侧边的方向上较长。每个发电体的短侧边的尺寸设定为从每个卡形外壳211和212的短侧边的尺寸的约一半中减去作为气流引导装置的外围部件例如风扇231和233的尺寸而得到的数值。因此，在该实施例的燃料电池中，具有成对的发电体251和252的两个结合主体平行地布置在水平方向上。通过串连连接这四种发电体251和252，可获得高的电动势，通过并联连接这四个发电体251和252，燃料电池的工作时间延长。

在根据本实施例的燃料电池内，每个发电体形成沿外壳的短侧边的方向上相当于卡形外壳的两个分开部分中的其中之一的形状；然而，它可以形成沿外壳的长侧边的方向上相当于卡形外壳的两个分开部分中的其中之一的形状。发电体的数量不限于四个，但可以设定为六个、八个、或更多。而且，根据该实施例，发电体的形状设定为相同。通过安装相同的发电体，其优点在于便于制造发电体。然而，根据本发明，具有不同形状的发电体可相互结合。例如，具有大尺寸的发电体和具有小尺寸的发电体可布置在相同的平面内，或者具有大厚度的发电体和具有小厚度的发电体可布置在相同的平面内。可选地，性能方面，例如容量或效率为不同种类的发电体可结合并安装在外壳内。在本实施例中，每个发电体251和252设定具有特定的刚性；然而，它可以设定具有挠性。在这种情况下，外壳可由挠性材料制成。而且，发电体可以是可更换的盒型和可移动的类型，其中该发电体在外壳内可滑动，以便改变发电体之间的连接形式。

下面描述作为气流引导装置的风扇231和233。根据本实施例，成对的风扇231具有位于中心的柱状旋转轴260，类似的，成对的风扇233具有位于中心的柱状旋转轴260。对于每个风扇231和233，八个叶片部分261以径向从旋转轴突伸并在圆周方向上相互隔开特定间隔的方式安装在旋转轴260上。每个叶片部分261形成为在旋转轴260的轴向上较长的矩形形状。叶片部分261的前导端与风扇空间部分237的内壁其间具有很小间隙地分离，该风扇空间部分237作为每个上壳体211和下壳体212的切开部分。参见图21A至21C，在图的前方，风扇231以沿壳体211和212的长侧边伸展的方式布置在壳体211和212的侧边附近，在图的纵深侧，风扇233以沿壳体211和212的长侧边伸展的方式布置在壳体211和212的侧边附近。风扇231和233的这种布置，有可能确保发电体的每个电极具有大的面积。在图的前方，成对的风扇231沿壳体211和212的长侧边布置，在图的纵深侧，成对的风扇233沿壳体211和212的长侧边布置。因此，对于燃料电池布置总共四个构件的风扇231和233。成对的风扇231分别由两个独立的马达235驱动，成对的风扇233分别由两个独立的马达236驱动。成对的风扇231相互共轴布置，风扇231的旋转轴260由共用的轴承232支承。每个马达235和236构造成直径几乎等于风扇231和233的直径的微型DC马达。每个马达235和236由作为柱形切开部分的风扇空间部分237的一个端部固定支承。通过布线(未图示)向每个马达235和236供电；然而，在燃料电池内产生的部分电动势可以作为每个马达235和236的旋转力。马达235和236的驱动电路构造成电子部件272，例如安装在接线板271上的集成电路，该接线板271布置在壳体211和212内。

通过向马达235和236供电，上述构造的风扇231和233旋转。在燃料电池内，即从发电体251和252产生的部分电动势用作供给马达235和236的电能。当风扇231或233围绕其轴旋转时，围绕风扇空间部分237内的叶片部分261的空气沿风扇231或233的旋转方向流动。上述风扇231侧的风扇空间部分237连续到在下壳体212的内表面中形成的若干凹槽238，因此与风扇231的旋转一起，风扇空间部分237内的空气被推向下壳体212的凹槽238内。另一方面，风扇233侧的风扇空间部分237如上所述连续到在上壳体211的内表面中形成的若干凹槽241，因此与风扇233的旋转一起，风扇空间部分237内的空气被推向上壳体211的凹槽241内。连同将风扇空间部分237的空气推入凹槽内的动作一起，在每个风扇空间部分237内发生空气吸入作用。具体地，风扇231侧的风扇空间部分237从在上壳体211内形成的开口部分222吸入空气，而且，风扇233侧的风扇空间部分237从在下壳体212内形成的开口部分239吸入空气。

空气在上壳体211内形成的凹槽241中被供送，该凹槽以沿垂直于上壳体211的侧表面的方向延伸的方式形成。类似的，空气在下壳体212内形成的凹槽238中被供送，该凹槽以在垂直于下壳体212的侧表面的方向上延伸的方式形成。每个凹槽241的横截面的三个侧边由上壳体211围绕，但其剩下的下侧边向下开口。这样，上侧发电体251的上表面直接暴露在这样开口的凹槽241的下侧。由于在风扇233的驱动下空气在凹槽241中流动，利用风扇233使空气在氧侧电极上流动，易于保持在上侧发电体251的上表面上的氧侧电极上的水通过蒸发排出。类似的，每个凹槽238的横截面的三个侧边由下壳体212围绕，而其剩下的上侧边向上开口。这样，下侧发电体252的底表面直接暴露在这样开口的凹槽238的上侧。结果，由于在风扇231的驱动下空气在凹槽238中流动，利用风扇231使空气在氧侧电极上流动，易于保持在下侧发电体252的底表面上的氧侧电极上的水通过蒸发排出。通过凹槽241的空气经开口部分223排出到外壳的外部，该开口部分223设置在凹槽241的末端，而且，通过凹槽238的空气经开口部分240排出到外壳的外部，该开口部分240在凹槽238的末端处形成。此时，在发电体251和252的表面上形成的潮气同时排出到燃料电池的外部。因此，在燃料电池中提供电能时产生的潮气可有效地排出到燃料电池的外部。

根据本实施例，起空气通道作用的凹槽238和241形成为若干条平行直线的形状；然而，它们可以形成具有波形形状，例如正弦波形、或矩形波形、或螺旋或U形平面图案。尽管在本实施例中设置若干凹槽，也可设置单一的凹槽。凹槽在大小和长度方面不必要相同。凹槽的大小可以设置得使在易于产生潮气的部分空气的流速增加。如本实施例所述，凹槽可以整个为空心，或者吸水部件可设置在部分凹槽内。在本实施例中，对于每个凹槽可设置用做空气入口或空气出口的一个开口部分；然而，对于每个凹槽可设置用做空气入口或空气出口的多个开口部分。防止灰尘或类似物渗透进入外壳内的网或遮板机构可在凹槽的开口部分设置。在本实施例中，凹槽238或241设置在壳体的内表面上；然而，包括凹槽的单独部件可保持在发电体和壳体之间。另外，空气通道可设置在发电体侧。空气通道通过提供由纤维材料、或具有渗透性的非织造织物、或多孔材料制成的部件形成。

除了上述发电体251和252，风扇231和233，和马达235和236，根据本实施例，燃料流速调节部分281设置在燃料电池201内。燃料流速调节部分281用作与卡形燃料电池201的氢储存盒202的界面部分，并具有从氢储存盒202向发电体251和252有效供应燃料流体，同时将燃料流体量调节至一个适当的值的机构。特别是，燃料流速调节部分281具有可与氢储存盒202的燃料出口282连接的连接部分283。与连接部分连通的阀体(未表示)设置在燃料流速调节部分281内，以便在特定压力下向发电体251和252之间的空间供送燃料。燃料流速调节部分281可包括：监控部分，该监控部分用于监控氢储存盒202的燃料出口282与连接部分283之间的连接状态；压力测量部分，该压力测量部分用于测量来自氢储存盒202的燃料的压力；温度探测部分，该温度探测部分用于探测燃料电池201和氢储存盒202的温度；和防燃料泄漏机构部分。例如，如果在来自压力测量部分的数据的基础上确定压力过高，阀体受控关闭，如果在来自压力测量部分的数据的基础上确定压力过低，阀体受控打开。这种控制可通过利用I/O部分285监控氢储存盒202的状态来执行。I/O部分285布置在安装部分286附近，以便安装在氢储存盒202的连接突出件284上。I/O部分285允许与氢储存盒202的类似的I/O部分进行数据通讯。类似的I/O部分275也设置在输出侧，以便探测燃料电池201的输出电能的消耗侧的状态。例如，如果输出电能的消耗侧上的设备电能消耗根据设备的活动状态、睡眠状态、软关闭(soft-off)状态和待机状态进行变化，则燃料电池的输出控制可基于设备的电能消耗的状态来执行。

根据本实施例，上述接线板271设置在燃料电池201内。每个马达235和236的旋转速度和开启/断开受到控制，而且燃料电池201的输出电压可由安装在接线板271上的电子部件272等调节。通过从接线板271的突伸件273和274上形成的端子输出电动势，可向与燃料电池201连接的设备输出电能。

与燃料流速调节部分281连接的氢储存盒202是包含氢储存合金的部件。氢储存盒202可移动地安装在燃料电池201的外壳上。当氢储存盒202安装在燃料电池201的外壳上时，通过使燃料出口282与连接部分283连接，流体燃料流动。同时，当将氢储存盒202从燃料电池201的外壳中取出时，燃料流体从氢储存盒202的流出停止。氢储存盒202具有几乎等于卡形燃料电池201的厚度，并具有几乎与卡形燃料电池201的短侧边等长的短侧边尺寸。结果，当氢储存盒202与燃料电池201连接时，它们形成在纵向上伸展的集成卡主体。这种集成卡主体很容易操作。在本实施例中，氢储存盒202具有几乎等于卡形燃料电池201的厚度，并具有几乎与卡形燃料电池201的短侧边等长的短侧边尺寸，本发明不限于此。氢储存盒202可具有与上述不同的形状，例如，与上述相比更厚。还可设置可与燃料电池连接的多个氢储存盒。而且，可设置多个连接部分，在这种情况下，信号传输装置和类似物可布置在连接部分或其附近。

根据本实施例的燃料电池201具有下列效果：

凹槽238和241以面对发电体251和252的氧侧电极的表面的方式在壳体212和211内形成作为空气通道。因此，利用由风扇231和233导入凹槽238和241内的空气，在氧侧电极上产生的潮气蒸发。蒸发的潮气进入空气中，然后经开口部分223和240排放到外壳的外部。结果，有可能将在燃料电池内产生的潮气的量控制到适当的值，从而通常有效地产生电能。在通过自然流入燃料电池内的空气来蒸发在氧侧电极上产生的潮气的情况下，产生一个问题，即潮气的蒸发速度显著地受到自然对流状态、外界空气的温度、湿度、开口部分的大小等等的影响。然而，根据本实施例中的燃料电池201，与不使用任何气流引导装置下，通过燃料电池内自然流动的空气使潮气蒸发的情况相比，经过氧侧电极的表面的空气由风扇231和233强制供送以稳定地蒸发潮气。

根据本实施例，风扇231和233以沿壳体211和212的长侧边伸展的方式定位在壳体211和212的长侧边附近，然而，本发明不限于此。例如，风扇231和233以沿壳体211和212的短侧边延伸的方式定位在壳体211和212的短侧边附近。而且，本实施例中典型的为风扇的气流引导装置可以如下方式形成，即定位在沿水平方向平行布置的若干平板形发电体中的两个之间。由特定的合成树脂、金属、玻璃、陶瓷或纤维强化的合成树脂制成的每个卡形壳体211和212不必要形成为不可变形体，而是可形成为可折叠体，而且，可构造成使得构成壳体的部分部件可拆除地安装于其上。

图28是表示风扇的改进的剖面图。在本实施例中，一对风扇291布置在近似成平板形的外壳295内，该平板形外壳295以其旋转轴290直线对准的方式与氢储存盒296连接。对于每个风扇291，螺旋叶片部分292围绕旋转轴290形成。风扇291与马达293共轴布置，并通过马达293的旋转围绕其轴旋转，以便沿轴向供风。该成对风扇291可受到控制，以便在相同方向上旋转。而且，空气通道例如凹槽的入口可设置在共同的轴承部分内，用于在相反方向上供风。

[第三实施例]

下面描述本发明的燃料电池的第三实施例。在该实施例中，在一侧表面上形成利用风扇的气流引导装置。参见图29，该图示出近似矩形的卡形外壳301，在该卡形外壳301内设有电能产生单元303。卡型燃料电池的外壳301的尺寸可以例如符合JEIDA/PCMCIA标准下标准化的PC卡的外壳的标准尺寸。在JEIDA/PCMCIA标准下标准化的外壳标准尺寸定义为，使外壳的纵向尺寸(长侧边)在85.6mm±0.2mm范围内，外壳的横向尺寸(短侧边)在54.0mm±0.1mm范围内。如下，对于类型I和类型II，卡的厚度也在JEIDA/PCMCIA标准下标准化：即对于类型I，卡的连接部分的厚度在3.3mm±0.1mm范围内，卡的基部的厚度在3.3mm±0.2mm范围内；对于类型II，卡的连接部分的厚度在3.3mm±0.1mm范围内，卡的基部的厚度在5.0mm或更小，基部的标准厚度±0.2mm的范围内。如前所述，通过将上壳体叠加在下壳体上可形成卡型外壳301。

氢储存盒302的尺寸使得在垂直于卡型外壳301的纵向的方向上的端平面的尺寸几乎等于卡型外壳301的对应端平面的尺寸，因此，氢储存盒302可与卡型外壳301连续地连接。诸如氢储存合金的氢储存部分布置在氢储存盒302内。氢储存盒302可拆卸地安装在燃料电池的外壳301上。当氢储存盒302安装在燃料电池的外壳301上时，氢储存盒302的燃料出口与其连接部分连接，以允许燃料流出。另一方面，当氢储存盒302从外壳301中取出时，燃料停止从氢储存盒302流出。

卡型外壳301内部包括：包括四个发电体的结合体的电能产生单元303，用于从卡型外壳301内的氢储存盒302导出燃料的连接部分304，其中要固定插入连接部分304的电能产生侧连接部分305，通过管306与电能产生侧连接部分305连接的流速调节部分307，用于使流速调节部分307与电能产生单元303连接的管308，和包括安装在接线板311上的电子零件310、用于执行输出控制的控制电路部分309。作为气流引导装置的一对风扇312和313以沿外壳301的一侧表面延伸的方式布置在卡型外壳301内。风扇312和313分别通过马达314和315旋转。风扇312和313相互平行布置，特别是，在本实施例中，风扇312和313分别布置在上侧和下侧，以便向上侧的发电体和下侧的发电体供送空气。

每个风扇312和313具有围绕圆柱旋转轴设置叶片部分的结构。在旋转轴的轴向方向上沿直线伸展的每个叶片从旋转轴径向突伸。因此，风扇312和313在马达314和315的驱动下围绕旋转轴旋转，以便在垂直于旋转轴的方向上在外壳内的一个空间中沿凹槽(未图示)供送空气。如下面所述，风扇312和313可用于蒸发在氧侧电极上产生的潮气，并用于利用风扇312和313供送的空气来辐射热量。在本实施例中，风扇312和313分别通过连接件316和317与马达314和315连接，然而所述风扇可以分别与马达314和315直接连接。

电能产生单元303包括相互结合的四个发电体。每个发电体具有电解质膜例如质子导体膜保持在氢侧电极和氧侧电极之间的结构。每个氧侧电极和氢侧电极均由金属板形成，或由多孔金属材料，或导体材料，例如碳材料制成的板形成。集电体与这些氧侧电极和氢侧电极连接。集电体是用于显现在电极内产生的电动势的电极材料，并由金属材料、碳材料或具有导电性的非织造织物制成。四个发电体布置成使得相互叠加的一对发电体与相互叠加的另一对发电体在外壳内平行布置。相互成对的上和下发电体相互叠加，其氢侧电极相对，对于这种构造，通过向相对的氢侧电极之间的空间内供送燃料，可迅速地向氢侧电极供送燃料，从而能够激活电极。另外，对于成对发电体的结合主体，氧侧电极位于成对的发电体的相结合的主体的前表面和后表面上。

电能产生侧连接部分305是一个机构部分，与氢储存盒302的连接部分304连接，以便引导燃料电池内的燃料流体，同时保持氢储存盒302的气密性。更特别的是，连接部分304的前导端插入电能产生侧连接部分305内，在这种情况下，当连接部分304的前导端进一步推入电能产生侧连接部分305内时，连接部分304与电能产生侧连接部分305锁定在一起。结果，在这种安装操作期间，防止了气体泄漏。作为燃料流体，在采用使用液体燃料的直接甲醇型、即甲醇代替氢气时的情况下，可拆卸安装的燃料流体储存箱可用来代替氢储存盒302。

机械流速调节机构可设置在电能产生侧连接部分305内；然而，根据本实施例中的燃料电池，流速调节部分307布置在电能产生侧连接部分305和电能产生单元303之间。设置流速调节部分307用于例如通过利用阀体或类似物控制燃料的压力，来电气或机械地使流体燃料的流速保持在恒定值。

控制电路部分309是用于控制从电能产生单元303输出的电动势的电路。控制电路部分309还能够监测燃料电池侧和燃料供应侧上的氢储存盒302之间的连接状态，并调节输出，同时探测供应输出的载荷的状态，例如，利用由燃料电池输出的电动势，根据设备的模式(活动状态、待机状态、或睡眠状态)调节输出电压。控制电路部分309可设置用于控制驱动风扇312和313的马达314和315的电路。当电能用于控制电路部分309时，可利用电能产生单元303产生的部分电能。一对输出端318和319从控制电路部分309突伸出，其中输出端318和319的前导端从卡形外壳301向外突伸。

根据本实施例的上述构造的燃料电池具有下列效果：

风扇312和313布置在卡型外壳的侧表面上，该风扇312和313用于向燃料电池供氧，并促进氧侧电极的表面上形成的潮气的蒸发。当风扇312和313旋转时，空气通过凹槽(未图示)导向氧侧电极的表面。因此，有可能有效地去除氧侧电极的表面上形成的潮气，从而防止输出电压下降。

根据本实施例中的燃料电池，由于控制电路部分309安装在燃料电池上，燃料电池可容易地实现输出电压的优化，并根据环境条件控制输出电压。结果，根据本实施例的燃料电池不是作为简单的电能产生装置，而是作为包括信息处理功能的电池而非常有用。而且，由于防止了在燃料电池和燃料储存盒之间的连接部分内的燃料流体，例如气体燃料的泄漏，有可能充分地确保燃料电池系统的安全性。

[第四实施例]

下面描述本发明的燃料电池的第四实施例。在本实施例中，如图30至32所示，若干凹槽中的一部分用于氧侧电极上产生的潮气的蒸发，其另外的部分用于电极的热辐射。

图30示出在发电体的表面上伸展的凹槽371和372，其中凹槽371和372分别用于潮气的蒸发和热辐射。如图所示，用于热辐射的凹槽372和用于潮气蒸发的凹槽371交替地设置在壳体370内。凹槽371和372在发电体的两个长侧边之间、在发电体的短侧边方向上基本上沿直线伸展。每个凹槽371和372在横截面上形成近似矩形形状；然而，所述凹槽也可以形成任何其它形状，例如半圆形或V形。

风扇351设置在凹槽371和372的深侧端附近，风扇353设置在凹槽371和372的前侧端附近。每个风扇351和353具有围绕圆柱状旋转轴形成叶片部分的结构。风扇351和353分别由马达352和354驱动，以便在凹槽371和372的延伸方向上供送空气。风扇351和353的作用相互不同。为了使潮气蒸发，风扇351连续供送空气到凹槽371内，以便在集电体附近，在发电体的表面部分上蒸发潮气。另一方面，为了热辐射，风扇353连续供送空气到凹槽372内，以便通过分隔体来控制发电体的温度，使温度不会过分地增加。在与风扇351侧相对的一侧，在凹槽371的端部形成空气出口373，以便排出穿过凹槽371的空气。类似的，在与风扇353侧相对的一侧，在凹槽372的端部形成空气出口374，以便排出穿过凹槽372的空气。

图31是本实施例中的燃料电池的发电体的示意剖面图。如图所示，发电体具有如下结构，即集电体板381、氢侧电极382、作为质子导体膜的电解质膜383、氧侧电极384、集电体板385和分隔体386从下侧按该顺序堆叠。分隔体386是发电体的电绝缘膜，并具有与凹槽371连通的开口部分375。因此，穿过凹槽371的空气未被分隔体386阻隔，但通过分隔体386的开口部分375导向集电体板385和氧侧电极384附近，以便蒸发在此产生的潮气，并去除蒸发的潮气。另一方面，由于分隔体386的开口部分375不与用于辐射热量的凹槽372连通，穿过凹槽372的空气由分隔体386阻隔，并因此未导向集电体板385和氧侧电极384附近。通过带走经分隔体386传递的热量，受分隔体386阻隔的空气用来促进热辐射。要注意，在分隔体386内形成的开口部分375可以不仅用来蒸发潮气，而且用来供送氧气。

上述构造的燃料电池具有下列效果：

通过风扇351的旋转，可增加从风扇351流入的空气量。在这种情况下，向燃料电池供送的氧的量增加，而且，通过蒸发可去除在氧侧电极384上产生的潮气，以便增加燃料电池的输出。同时，通过与风扇351相对的旋转风扇353，从风扇353流入的空气量增加。在这种情况下，可促进分隔体386表面的热量辐射。因此，有可能将燃料电池的输出控制到稳定的值。

另外，根据本实施例中的燃料电池，用于蒸发潮气的凹槽371设置有挡板355，用于辐射热量的凹槽372设置有挡板359。挡板355通过连接部分358和363与打开/闭合执行器357连接。通过操作执行器357，挡板355可在垂直于凹槽371的伸展方向的方向上移动。类似的，挡板359通过连接部分362和364与打开/闭合执行器361连接。通过操作执行器357，挡板355可在垂直于凹槽371的伸展方向的方向上移动。图32示出挡板355和359均通过操作执行器357和361闭合。为了更明确，在关闭状态下，挡板355的打开部分356的位置从凹槽371的位置移开，挡板359的打开部分360的位置从凹槽372的位置移开。当挡板355和359闭合时，由风扇351和353引导的空气没有流入凹槽371和372内，从而抑制了与挡板355和359打开状态相比的潮气蒸发和辐射的程度。在本实施例中，挡板355和359均通过操作执行器357和361来闭合；然而，仅挡板355和359的其中之一可以通过操作执行器357和361中的对应一个来控制。而且，每个风扇的操作可以被打断，每个风扇的旋转速度可以调节以代替提供挡板机构。

根据本实施例的燃料电池的优点在于，因为不仅可实现氧的供送，还可实现热辐射和潮气的排出，有可能实现燃料电池的高输出和稳定输出，并且，由于潮气的蒸发和热辐射可独立地受挡板机构的控制，还有可能进一步提高燃料电池的控制特性。

[第五实施例]

下面描述本发明的燃料电池的第五实施例。在本实施例中，通过单独一个风扇可实现热辐射和潮气蒸发。如图33所示，用于热辐射的凹槽398和用于潮气蒸发的凹槽399交替地设置在外壳400内。凹槽398和399在发电体的两个长侧边之间、在发电体的短侧边方向上基本上沿直线伸展。每个凹槽398和399在横截面上形成近似矩形形状；然而，所述凹槽也可以形成任何其它形状，例如半圆形或V形。用于辐射热量的凹槽398经过发电体的分隔体，用于蒸发潮气的凹槽399越过设置在发电体的分隔体内的开口部分。

在图33中，作为气流引导装置的风扇390设置在凹槽398和399的前侧端。要注意，在图33中没有任何气流引导装置例如风扇设置在凹槽398和399的深侧端。风扇390具有螺旋叶片部分389围绕圆柱状旋转轴形成的结构。通过马达391的旋转，空气沿旋转轴的轴向流动。通过在正常方向和反向之间变化马达391的旋转方向，空气的流动方向可在从马达侧的风扇390的一端的方向和从所述马达侧的相对侧的风扇390的一端的方向之间变化。

用于蒸发潮气的若干凹槽399共同与设置在连通部分396内的凹槽397连接。凹槽387通过管395与和马达391相对的风扇390的一端连接。因此，当马达391旋转以便从与马达391相对的风扇390的端部(参见图33中的箭头)供送空气时，空气通过管395和凹槽397导入多个用于蒸发潮气的凹槽399内，从而促进在发电体的表面上潮气的蒸发。为了辐射热量，若干凹槽398与设置在连通部分393内的凹槽394连接。凹槽394通过管392与马达侧的风扇390的一端连接。因此，当马达391旋转以便从靠近马达391的风扇390的一端(见图33中的箭头)供送空气时，空气通过管392和凹槽394导入多个用于辐射热量的凹槽398内，从而促进在发电体的表面上辐射热。为了防止在相反方向上空气流动，挡板或阀可设置在每个管392和395的路径上。

根据本实施例如上构造的燃料电池具有下列效果：

由于通过利用单个风扇可控制热辐射和潮气蒸发，能减少零件数量，并因此提高电能产生效率，同时降低燃料电池的成本。

在本实施例中，气流引导装置典型的为风扇，然而，它可以由泵构成，以便使空气的一个和另一个部分之间产生压差，从而允许空气流入特定方向。

尽管在本实施例中，已经描述了作为其上安装有本发明的燃料电池或燃料电池卡的设备的笔记本大小的个人电脑的例子，但本发明不限于此，还可应用于便携式打印机或传真机、用于个人电脑的外围设备、电话、电视接收器、通讯设备、便携式终端、表、摄像机、音频视频设备、电风扇、冰箱、熨斗、壶、清洁器、米饭蒸煮器、电磁烹调装置、发光装置、玩具例如游戏机或无线电操纵汽车、电动工具、医疗设备、测量装置、车上设备、商用机器、健康/美容仪器、电控机器人、消耗型电子设备和传送机。

尽管在本实施例中，已经通过主要利用氢气作为燃料的实例进行了说明，醇(液体)例如适合所谓的直接甲醇型的甲醇可用作燃料。

根据本发明的燃料电池，由于气流引导装置设置在燃料电池的外壳内，即使潮气保持在氧侧电极上，该潮气一定会由氧侧电极上流动的空气通过气流引导装置带走。由于近似平板形的发电体设置在燃料电池的外壳内，且在外壳内形成开口部分，当然能通过在外壳内形成的开口部分向发电体的氧侧电极供送空气。允许气流引导装置周围的空气流动的气流引导装置布置在外壳内的对应外壳内形成的开口部分的位置，这有可能实现空气流的引导而不需要大的空间。

根据本发明的燃料电池，由于发电体的氧侧电极可向大气开放，有可能向发电体供送氧而不需要降低压力，即空气中氧气的分压力。尽管在产生电动势时，在发电体的氧侧电极的表面上产生潮气，这种潮气可以理想地去除，因为氧侧电极通过外壳内形成的大的开口部分可向大气开放。

根据本发明的功能卡和燃料电池，燃料电池卡可插入作为设备主体的笔记本大小的个人电脑的插卡槽内，并安装在笔记本大小的个人电脑上。特别是，通过利用具有与便携式设备的标准PC卡大小相同的燃料电池卡，有可能延长便携式设备的使用时间。尽管若干发电体布置在PC卡的外壳内，因为氧侧电极向大气开放，氧气可在足够的压力下供送到氧侧电极，结果不需要提供任何供气装置，例如气缸或泵。结果，有可能实现在燃料电池内空间的节约，并且不再需要提供任何附加的辅助设备。

根据燃料电池和用于本发明的燃料电池的燃料供送机构，具有上部氢侧集电体和下部氢侧集电体的氢供送部分布置成使得上部氢侧集电体的后表面和下部氢侧集电体的前表面相对，且发电体布置成粘在上部氢侧集电体的前表面和下部氢侧集电体的后表面上。因此，发电体从上至下粘在共用的供气部分，即氢供送部分上，结果发电体的电能产生面积增加。由于绝缘膜作为间隔件被保持在氢侧集电体之间，作为燃料气体的氢气一定会供给平板形发电体，该平板形发电体从上至下粘在穿过间隔件内形成的开口的氢侧集电体的外侧上。特别是，如果每个绝缘膜由合成树脂，例如聚碳酸酯制成，这种绝缘膜具有弹性件的功能，它可弹性变形，以便当发电体与氢侧集电体发生压接触时使成对的平板形发电体和集电体之间均匀地接触。结果，有可能很容易地获得发电体和氢侧集电体之间的均匀地压接触状态。

根据本发明的发电体和燃料，在密封材料内形成的大孔套在小于质子导体膜的氢侧电极的周边上，氧侧电极侧基本上通过在氧侧电极上的氧侧集电体的大的开口部分向大气开放，因此，不需要任何气密封。这对于减少零件的数量和安装步骤的数量来说是有利的。而且，当集电体压到发电体上时，由于具有弹性的密封材料在厚度方向收缩以实现集电体与密封材料和在密封材料内的氢侧电极之间的均匀接触，因此提高了燃料电池的电特性。另外，由于在氧侧电极侧不存在密封材料，因为氧侧电极不受密封材料的特性影响，可确保氢侧电极的刚性，结果有可能显著增加发电体的气密特性。

Claims (17)

1.一种燃料电池，包括：

近似平板形的外壳，该外壳具有在部分所述外壳中形成的开口部分；

设置在所述外壳中的近似平板形的发电体，该发电体包括置于燃料侧电极和氧侧电极之间的电解质膜；

气流引导装置，该气流引导装置用来引导空气围绕该气流引导装置流动，所述气流引导装置设置在所述外壳内侧上的所述开口部分中；和

空气通道，用于沿所述发电体的所述氧侧电极的平面来引导由所述气流引导装置引入所述外壳内部的空气；

其中，所述空气通道是以沿所述氧侧电极的平面延伸的方式设置在所述外壳内部的凹槽部分，且所述凹槽部分包括基本上相互平行延伸的多个凹槽。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其中，所述气流引导装置是旋转器。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其中，所述旋转器的旋转轴在与所述近似平板形发电体的平面相同的方向延伸。

4.如权利要求2所述的燃料电池，其中，所述发电体的主平面具有近似矩形的形状，且所述旋转器沿所述近似矩形的发电体的近似直线的端部布置。

5.如权利要求3所述的燃料电池，其中，所述旋转器具有围绕所述旋转器的周边设置的叶片部分。

6.如权利要求5所述的燃料电池，其中，所述叶片部分从旋转轴侧基本上径向伸展。

7.如权利要求5所述的燃料电池，其中，所述叶片部分围绕旋转轴基本上螺旋布置。

8.如权利要求2所述的燃料电池，其中，所述旋转器由马达驱动。

9.如权利要求1所述的燃料电池，其中，所述气流引导装置是泵，用于在一部分和另一部分之间产生空气压差，从而引导空气在其间流动。

10.如权利要求1所述的燃料电池，其中，所述气流引导装置布置成其纵向在所述近似平板形外壳的主平面内延伸。

11.如权利要求1所述的燃料电池，其中，所述外壳形成为近似矩形形状，且所述气流引导装置沿所述近似矩形外壳的内侧表面形成。

12.如权利要求11所述的燃料电池，其中，所述气流引导装置沿所述外壳的纵向延伸。

13.如权利要求1所述的燃料电池，其中，还包括安装于其上的风扇，所述风扇以如下方式布置在所述外壳内，即该风扇定位在与所述近似平板形发电体的平面相同的平面内，且该风扇的旋转轴在与所述发电体的平面相同的方向上延伸。

14.一种使用燃料电池的供电方法，所述燃料电池包括近似平板形的外壳，在燃料侧电极和氧侧电极之间的近似平板形发电体，设置在所述外壳内的气流引导装置，和空气通道，该空气通道用于引导由所述气流引导装置引入的气流，所述方法的步骤包括：

向所述发电体提供燃料流体，利用所述气流引导装置将空气通过在部分所述外壳中形成的开口部分引入所述外壳内部，和利用所述空气通道沿所述发电体的所述氧侧电极的平面引导空气；

其中，所述空气通道是以沿所述氧侧电极的平面延伸的方式在所述外壳内部形成的凹槽部分，且所述凹槽部分包括相互平行延伸的多个凹槽。

15.如权利要求14所述的使用燃料电池的供电方法，其中，所述气流引导装置是旋转器。

16.如权利要求15所述的使用燃料电池的供电方法，其中，所述旋转器的旋转轴在与所述近似平板形燃料电池的平面相同的方向上延伸。

17.如权利要求14所述的使用燃料电池的供电方法，其中，所述发电体的主平面具有近似矩形的形状，沿所述近似矩形的发电体的近似直线的端部布置所述旋转器。

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