CN1601781A - 燃料电池用容器及燃料电池以及电子机器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池用容器及燃料电池，燃料电池用容器具备：具有收装电解质构件(3)的凹部的基体(6)、所述电解质构件(3)具有第1及第2电极(4、5)，和从凹部的底面到基体(6)的外面形成的第1流体流路(8)，和一端配设于凹部的底面而另一端向基体(6’)的外面导出的第1配线导体(10)，和安装在基体(6)的凹部的周围的上面的盖体(7)，和从盖体(7)的下面到外面形成的第2流体流路(9)，和一端配设于盖体(7)的下面上而另一端向盖体(7)的外面导出的第2配线导体(11)；基体(6)的凹部的底面及盖体(7)的下面的至少一方按照向电解质构件(3)侧凸出的方式翘曲。本发明的燃料电池，可以收装电解质构件，并且小型牢固，并可以实现气体的均匀供给、容器内的温度分配的均匀化、可以实现高效率的电连接、高效率的发电，具有可靠性。

Description

燃料电池用容器及燃料电池以及电子机器
技术领域
本发明涉及收装电解质构件的由陶瓷制成的小型并且高可靠性的燃料电池用容器及使用它的燃料电池以及电子机器。
背景技术
近年来，对于在比以往更低的温度下动作的小型燃料电池的开发十分活跃。在燃料电池中，根据其中使用的电解质的种类，已知有固体高分子电解质型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell：以下记作PEFC)和磷酸型燃料电池或者称为固体电解质型燃料电池的电池。
其中，PEFC动作温度达到80～100℃左右的低温，具有如下的优点，
(1)输出密度高，可以小型化、轻量化。
(2)由于电解质为非腐蚀性，而且动作温度低，因此从耐腐蚀性方面考
虑，对电池构成材料的制约较少，所以容易实现成本降低。
(3)由于可以在常温下起动，因此起动时间短。
所以，PEFC充分利用以上的优点，不仅适用于车辆用的驱动电源或家庭用的热电联产(cogeneration)等，而且可以考虑用作携带电话、PDA(Personal Digital Assistants)、笔记本电脑、数码相机或摄像机等输出为数W～数十W的携带电子机器用的电源。
PEFC大致上例如具有由附着了铂或铂-钌等的催化剂微粒的碳电极构成的燃料极(阴极)、由附着了铂等的催化剂微粒的碳电极构成的空气极(阳极)、插装于燃料极和空气极之间的薄膜状的电解质构件(以下记作电解质构件)。这里，向燃料极供给经过改性部抽出的氢气(H2)，另一方面，向空气极供给大气中的氧气(O2)。这样即利用电化学反应生成特定的电能(发电)，生成相对于负载成为驱动电源(电压/电流)的电能。
具体来说，当向燃料极供给氢气(H2)时，如下述的化学反应式(1)所示，利用所述催化剂产生电子(e-)分离的氢离子(质子；H+)，经过电解质构件而通过空气极侧，同时，由构成燃料极的碳电极取出电子(e-)，向负载供给。
…(1)
另一方面，当向空气极供给空气时，如下述的化学反应式(2)所示，利用所述催化剂，经过了负载的电子(e-)、通过了电解质构件的氢离子(H+)和空气中的氧气(O2)反应，生成水(H2O))。
…(2)
此种一连串的电化学反应(式(1)及式(2))大约是在80～100℃的比较低的温度的温度条件下进行的，电能以外的副产物基本上仅为水(H2O)。
构成电解质构件的离子导电膜(交换膜)已知为具有磺酸基的聚苯乙烯类的阳离子交换膜、氟碳磺酸和聚偏氟1，1-二氟乙烯的混合膜、在氟碳化合物中将三氟乙烯接枝化了的材料等，最近，使用全氟碳磺酸膜(例如商品名「Nafion」，杜邦公司制)等。
图4以剖面图表示以往的燃料电池(PEFC)的构成。同图中，21为PEFC，23为电解质构件，24及25为被按照夹持电解质构件的方式配置在电解质构件23上、且具有作为气体扩散层及催化剂层的功能的一对多孔电极，即燃料极及空气极，26为气体隔膜，28为燃料流路，29为空气流路。
气体隔膜26由形成气体隔膜26的外形的叠层部及气体流入流出框、分离燃料流路28和空气流路29的隔膜部、按照贯穿该隔膜部的方式设置的与电解质构件23的燃料极24及空气极25对应地配置的电极构成。电解质构件23的燃料极24、空气极25按照电串联及/或并联的方式夹隔气体隔膜26而层叠多层，形成作为电池的最小单位的燃料电池组，将该燃料电池组收装于箱体中的结构为一般的PEFC。
从改性器穿过形成于气体隔膜26上的燃料流路28，向燃料极24供给含有水蒸气的燃料气体(富含氢的气体)，另外，从大气中穿过空气流路29向空气极25供给作为氧化气体的空气，利用电解质构件23中的化学反应发电。
作为相关技术，有特开2001-266910号公报及特表2001-507501号公报。
但是，作为此种高电压、高容量的电池，以往所提出并开发的燃料电池21是具有电池组构造并且构成元件被大面积化了的大重量并且大型的电池，作为小型电池的燃料电池的利用以往基本上尚未考虑。
即，此种燃料电池21的以往的气体隔膜26中，有如下的问题。即，在使用气体隔膜26而层叠了电解质构件23的叠层体中，由于电解质构件23的侧面向外部露出，因此由于携带时的下落等容易受到损伤，从而有难以确保燃料电池21整体的机械的可靠性的问题。
另外，为了在携带电子机器中搭载燃料电池21，就需要与以往的大型燃料不同的紧凑性、简便性、安全性优良的燃料电池用容器。即，若要作为像通用的化学电池那样的便携式电源使用，为了将达到动作温度为止的温度上升的时间缩短，另外，为了减小热容量，有必要将燃料电池用容器小型化、低厚化。但是，以往的燃料电池21中，占热容量的比例的大部分的气体隔膜26特别是在碳板的表面利用切削加工形成流路的隔膜26等情况下，由于当进行薄壁化时就会变脆，因此需要有数mm的厚度。所以，还有难以实现小型化、低厚化的问题。
另外，燃料电池21的输出电压由向电解质构件23的表背面的各电极24、25供给的气体的分压决定。即，当向电解质构件23供给的燃料气体在气体流路28中前进而在发电反应中被消耗时，燃料极24的面上的燃料气体的分压就会下降，输出电压下降。与之相同，当空气在空气流路19中前进而被消耗时，空气极25的面上的氧的分压也会下降，输出电压下降。所以，有必要均匀地供给燃料气体。但是，以往的燃料电池21的气体隔膜26由于特别是在碳板的表面利用切削加工形成流路，因此在薄型化时，流路的槽就会变窄。所以，流路阻力变大，从而有难以实现均一的气体供给的问题。
另外，多个电解质构件23和与之相面对的燃料极24、空气极25和气体隔膜26的组合有必要被任意地有效地串联或并联，从而可以对整体的输出电压及输出电流进行调整。但是，以往的燃料电池21中，为了从夹持电解质构件23的燃料极及空气极中取出电能，只有向外部引出、连接的方法或使气体隔膜26作为导电性材料重合串联的方法，在小型燃料电池中会有难以实现的问题。
发明内容
本发明是鉴于如上的以往的技术问题而完成的，其目的在于，提供可靠性高的燃料电池用容器及使用它的燃料电池，该燃料电池用容器可以收装电解质构件、小型并且牢固，而且该燃料电池用容器可以实现气体的均匀供给、燃料电池容器内的温度分配的均一化、高效率的电连接。
本发明的燃料电池用容器具有如下特征，即，具备：在一方面侧具有收装电解质构件的凹部的由陶瓷制成的基体，其中所述电解质构件在一方及另一方主面上分别具有第1及第2电极，和从与所述电解质构件的所述一方主面相面对的所述凹部的底面到所述基体的外面形成的第1流体流路，和一端配设于与所述电解质构件的所述第1电极相面对的所述凹部的底面而另一端向所述基体的外面导出的第1配线导体，和在所述基体的所述凹部的周围的一方面上覆盖所述凹部而安装的、不透气地密封所述凹部的盖体，和从与所述电解质构件的所述另一方的主面相面对的所述盖体的一方面到所述盖体的外面形成的第2流体流路，和一端配设于与所述电解质构件的所述第2电极相面对的所述盖体的一方面上而另一端向所述盖体的外面导出的第2配线导体；且所述基体的凹部的底面及所述盖体的一方面的至少一方按照向所述电解质构件侧凸出的方式翘曲。
本发明中，其特征是，所述基体中，所述凹部的底面的翘曲的顶点和所述凹部的外周部之间的高度为10到150μm。
本发明中，其特征是，所述盖体中，所述盖体的所述一方面的翘曲的顶点和所述一方面的外周部之间的高度为10到150μm。
本发明中，其特征是，所述基体及所述盖体的至少一方弯曲强度在200MPa以上。
本发明中，其特征是，所述基体及所述盖体的至少一方用由相对密度在95％以上的致密质构成的氧化铝质烧结体形成。
本发明中，其特征是，所述基体及所述盖体的至少一方的厚度为0.2mm至5mm。
本发明中，其特征是，所述第1配线导体从所述基体的所述凹部的底面突出。
本发明中，其特征是，所述第2配线导体从所述盖体的一方面突出。
本发明中，其特征是，所述第1流体流路及所述第2流体流路的至少一方，其孔径在0.1mm以上并且间隔一定而配置。
本发明中，其特征是，所述第1流体流路及所述第2流体流路的至少一方在其内壁覆盖有吸湿材料。
本发明中，其特征是，所述吸湿材料被设为相对于所述第1流体流路及所述第2流体流路的横截面的开口面积为10％以下的面积的厚度。
本发明是具有如下特征的燃料电池，即，包括在一方及另一方主面上分别具有第1及第2电极的电解质构件、所述的燃料电池用容器，
在所述燃料电池用容器的所述凹部中收装所述电解质构件，按照在所述电解质构件的所述一方主面和所述第1流体流路之间及所述电解质构件的所述另一方主面和所述第2流体流路之间，各自的流体可以交换的方式配置所述一方和另一方主面，同时，将所述第1电极与所述第1配线导体电连接，将所述第2电极与所述第2配线导体电连接，在所述基体的所述凹部的周围的一方面上覆盖所述凹部安装所述盖体。
本发明的电子机器的特征是，作为电源，具有所述的燃料电池。
根据本发明，燃料电池用容器具备：在一方面侧具有收装电解质构件的凹部的由陶瓷制成的基体，其中所述电解质构件在一方及另一方主面上分别具有第1及第2电极，和在该基体的凹部的周围的一方面上覆盖凹部而被安装的不透气地密封凹部的盖体。因此，通过将燃料电池用容器内不透气地密封，就不会有气体等流体的泄漏，除了该容器以外，就不需要设置包装盒等容器。这样，就可以获得能够效率优良地动作的燃料电池，同时在小型化方面也有效。另外，由于可以在由基体和盖体形成的箱体内收装多个电解质构件而形成燃料电池，其中所述基体在上面具有凹部并由陶瓷制成，所述盖体密封该凹部，因此，就不会有电解质构件向容器的外部露出而受到损伤的情况，作为燃料电池整体的机械的可靠性提高。另外，由于除了一端配设于由凹部及盖体构成的容器内部的第1及第2配线导体以外，不用与电解质构件自身进行无用的电接触，因此可以获得可靠性及安全性高的燃料电池。另外，通过使用陶瓷作为燃料电池用容器的构成材料，可以获得对于以各种气体为代表的流体的耐腐蚀性优良的燃料电池。
另外，具备从与电解质构件的一方主面相面对的凹部的底面到基体的外面形成的第1流体流路、从与电解质构件的另一方主面相面对的盖体的一方面到盖体的外面形成的第2流体流路。所以，由于多个各流体流路分别被设于夹隔电解质构件而分别相面对的内壁面上，因此就可以使向电解质构件供给的流体的均匀供给性提高。利用此种流体路径，由于流体垂直于电解质构件而流动，因此例如在流体为氢气和空气(氧)的情况下，就会有如下的效果，即，向电解质构件在下侧及上侧主面上分别所具有的第1及第2电极供给的各气体分压不会下降，可以获得特定的稳定的输出电压。另外，由于所供给的流体的压力例如气体分压稳定，因此燃料电池用容器的内部温度的分布被均匀化，其结果是，可以抑制电解质构件上产生的热应力，可以提高燃料电池的可靠性。另外，各个流体流路形成于基体和盖体上。所以，各流路的密闭性优良，不会有由于本来应当在流路上被隔绝的2种原料流体(例如氧气和氢气或甲醇等)混合而造成无法实现作为燃料电池的功能的情况。另外，由于没有可燃性的流体在高温下被混合后而产生着火、爆炸的危险性，因此可以提供安全的燃料电池。
本发明的燃料电池用容器中，基体的凹部的底面及盖体的下面的至少一方按照向电解质构件侧凸出的方式翘曲。所以，在使基体和盖体的外周部接合时，可以在向电解质构件的第1及第2电极施加较高压力的状态下使第1及第2配线导体接触。这样，就会有效地减少在第1及第2配线导体和第1及第2电极之间产生非接触部的情况，可以将它们良好地电连接。其结果是，可以减小电阻而提高发电效率，同时，不需要向基体和盖体的外周部以外的部位施加较多用于压接第1及第2配线导体和第1及第2电极的载荷。这样，就可以有效地防止由施加在基体或盖体上的多余的载荷导致在燃料电池用容器上产生裂纹或破裂等的情况。
根据本发明，燃料电池在本发明的燃料电池用容器的凹部中收装电解质构件，按照在该电解质构件的一方主面和第1流体流路之间及电解质构件的另一方主面和第2流体流路之间，各自的流体可以交换的方式来配置一方及另一方主面，同时，将第1电极与第1配线导体电连接，将第2电极与第2配线导体电连接，在基体的凹部的周围的一方面上覆盖凹部而安装盖体。所以，就可以获得可靠性高的燃料电池，该燃料电池具有如上的本发明的燃料电池用容器的优点且小型，牢固，并可以实现气体的均匀供给、燃料电池容器内的温度分配的均一化、高效率的电连接。
根据本发明，由于电子机器作为电源具有本发明的燃料电池，因此就可以获得具有利用如上的本发明的燃料电池用容器而产生的优点的小型、低厚并且可以长期稳定动作的安全性和方便性优良的电子机器。
另外，作为电源而具有的燃料电池中，在基体及盖体的至少一方具备外部连接用端子(正极端子及负极端子)时，就可以容易地与电子机器的电路基板电连接，拆装变得自由。所以，不用利用具有特殊的安全设备的设施等，就可以容易地将燃料电池更换为新的电池，从而可以使电子机器的方便性提高。
另外，由于可以在燃料电池用容器的基体的内部利用金属化方法等以各种形状、电气特性形成金属层，因此就可以在基体的内部形成作为电阻或电容、阻抗等发挥作用的电子电路元件。所以，例如在由于与燃料电池平行地形成大容量的电容器，而使从燃料电池中输出的电流变为不足的状态时，就可以补充不足的电流部分而确保与目标输出电流对应的电流供给。另外，由于可以形成升压电路，因此就可以确保电子机器所必需的电压。
附图说明
本发明的目的、特色及优点从下述的详细说明和附图可以清楚了解。
图1A及图1B是表示用于制作使用了本发明的一个实施方式的燃料电池用容器的燃料电池的工序图。
图2是表示使用了本发明的另一个实施方式的燃料电池用容器的燃料电池的剖面图。
图3是表示使用了本发明的另一个实施方式的燃料电池用容器的燃料电池的实施方式的其他例子的剖面图。
图4是以往的燃料电池的剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的合适的实施例进行详细说明。
图1A及图1B是表示用于制作使用了本发明的一个实施方式的燃料电池用容器的燃料电池的工序图，图1A是将电解质构件收装在本发明的燃料电池用容器中之前的剖面图，图1B是在燃料电池用容器中收装电解质构件而形成的本发明的燃料电池的剖面图。图1A及图1B中，1为燃料电池，2为燃料电池用容器，3为电解质构件，4为第1电极，5为第2电极，6为基体，7为盖体，8为第1流体流路，9为第2流体流路，10为第1配线导体，11为第2配线导体。
本发明的电解质构件3例如在离子导电膜(交换膜)的两主面上，一体化地形成有成为阳极侧电极的燃料极(未图示)、成为阴极侧电极的空气极(未图示)。第1电极4在作为电解质构件3的一方主面的下侧主面上，被按照与燃料极相面对的方式形成。第2电极5在作为电解质构件3的另一方主面的上侧主面上，被按照与空气极相面对的方式形成。此外，形成可以使由电解质构件3产生的电流向第1电极4、第2电极5流动并向外部输出的结构。
此种电解质构件3的离子导电膜(交换膜)由全氟碳磺酸树脂例如商品名「Nafion」(杜邦公司制)等质子传导性的离子交换树脂构成。另外，燃料极及空气极为多孔状态的气体扩散电极，是兼有多孔催化剂层和气体扩散层两者的功能的电极。这些燃料极及空气极例如由利用聚四氟乙烯之类的疏水性树脂粘结剂保持了导电性微粒例如碳微粒的多孔体构成，该导电性微粒担载了铂、钯或它们的合金等催化剂。
电解质构件3的下侧主面的第1电极4及上侧主面的第2电极5可以用如下的方法形成，即，将附着了铂或铂-钌等催化剂微粒的碳电极热压在电解质构件3上的方法、将附着了铂或铂-钌等催化剂微粒的碳电极材料和分散了电解质材料的溶液的混合物涂布或转印到电解质上的方法等。
燃料电池用容器2由在作为一方面侧的上面侧上具有凹部的基体6和盖体7构成，具有将电解质构件3搭载于凹部的内部并不透气地密封的作用，由氧化铝(Al2O3)质烧结体、莫来石(3Al2O3·2SiO2)质烧结体、碳化硅(SiC)质烧结体、氮化铝(AlN)质烧结体、氮化硅(Si3N4)质烧结体、玻璃陶瓷烧结体等陶瓷材料形成。
而且，玻璃陶瓷烧结体由玻璃成分和填充剂成分构成，作为玻璃成分，例如可以举出SiO2-B2O3类、SiO2-B2O3-Al2O3类、SiO2-B2O3-Al2O3-MO类(其中，M表示Ca、Sr、Mg、Ba或Zn)、SiO2-Al2O3-M1O-M2O类(其中，M1及M2相同或不同，表示Ca、Sr、Mg、Ba或Zn)、SiO2-B2O3-Al2O3-M1O-M2O类(其中，M1及M2与所述相同)、SiO2-B2O3-M3 2O类(其中，M3表示Li、Na或K)、SiO2-B2O3-Al2O3-M3 2O类(其中，M3与所述相同)、Pb类玻璃、Bi类玻璃等。
另外，作为填充剂成分，例如可以举出Al2O3、SiO2、ZrO2和碱土类金属氧化物的复合氧化物、TiO2和碱土类金属氧化物的复合氧化物、含有从Al2O3及SiO2中选择的至少1种的复合氧化物(例如尖晶石、莫来石、堇青石)等。
燃料电池用容器2由具有凹部的基体6和盖体7构成。在基体6的凹部的周围通过覆盖凹部安装盖体7来对凹部进行不透气地密封。特别是，利用以焊锡或银焊料等金属接合材料的接合、以环氧树脂等树脂材料的接合、在凹部的周围的上面接合用铁合金等制作的密封圈而用缝焊或电子束、激光等进行焊接的方法等，将盖体7安装在基体6上。而且，在盖体7上也可以形成与基体6相同的凹部。
基体6及盖体7为了分别将其厚度减薄，从而可以实现燃料电池1的低厚化，作为机械强度的弯曲强度最好在200MPa以上。
基体6及盖体7最好用由例如相对密度在95％以上的致密质构成的氧化铝质烧结体形成。此时，例如，首先在氧化铝粉末中添加、混合稀土类氧化物粉末或烧结助剂，调整氧化铝质烧结体的原料粉末。然后，在该氧化铝质烧结体的原料粉末中添加、混合有机粘结剂及分散剂而形成糊状物，从该糊状物开始，利用刮刀法，或者在原料粉末中加入有机粘结剂，利用冲压成形、压延成形等，制作特定厚度的未加工板。此后，在该未加工板上，利用采用模具的冲裁法、采用微钻的打孔法、采用激光照射的打孔法等，形成作为第1流体流路8及第2流体流路9的贯穿孔以及用于配设第1配线导体10及第2配线导体11的贯穿孔。
第1配线导体10及第2配线导体11为了防止氧化，最好用钨及/或钼形成。此时，例如相对于100质量份作为无机成分的钨及/或钼粉末，以3～20质量份的比例添加Al2O3，以0.5～5质量份的比例添加Nb2O5，调制成导体糊状物。将该导体糊状物填充在未加工板的贯穿孔内，形成作为贯穿导体的穿通导体(via conductor)。
在这些导体糊状物中，为了提高与基体6或盖体7的陶瓷的密接性，也可以以例如0.05～2体积％的比例添加氧化铝粉末或与形成基体6和盖体7的陶瓷成分相同的组合物粉末。
而且，向基体6或盖体7的表层及内层上的第1配线导体10及第2配线导体11的形成是在向贯穿孔中填充导体糊状物而形成穿通导体前后或与之同时，将同样的导体糊状物利用网板印刷、凹版印刷等方法以特定的图案印刷涂布在未加工板上而进行的。
其后，使印刷并填充了导体糊状物的特定片数的薄片状成形体对齐位置并层叠压接。之后，在例如非氧化性气氛中，以最高煅烧温度1200～1500℃的温度煅烧该叠层体，得到作为目的物的陶瓷的基体6或盖体7及第1配线导体10、第2配线导体11。
另外，由陶瓷制成的基体6或盖体7最好将其厚度设为0.2mm以上、5mm以下。如果厚度小于0.2mm，则由于有强度降低的倾向，因此由将盖体7安装在基体6上时产生的应力，就会有在基体6及盖体7上容易产生破裂等的倾向。另一方面，当厚度超过5mm时，由于难以进行薄型化、低厚化，因此就不适于作为小型携带机器上所搭载的燃料电池，另外，由于热容量变大，因此，就会有难以快速地设定到与电解质构件3的电化学反应条件相当的适合的温度的倾向。
第1配线导体10及第2配线导体11分别与电解质构件3的第1电极4及第2电极5电连接，作为用于将由电解质构件3产生的电流向燃料电池用容器2的外部输出的导电路发挥作用。
第1配线导体10形成为，一端配设于与基体6的凹部的底面的电解质构件3的第1电极4相面对的部位上，另一端向基体6的外面导出。此种第1配线导体10最好如前所述，与基体6一体化形成，为了使第1配线导体10容易与第1电极4接触，按照从基体6的凹部的底面突出10μm以上的方式形成。为了获得该高度，如前所述，在印刷涂布导体糊状物而形成时，按照加厚印刷条件的方式设定即可。另外，第1配线导体10最好与第1电极4相面对而配置多个，减少由第1配线导体10造成的电损失，对于第1配线导体10的基体6的贯通部，最好采用50μm以上的直径。
另外，第2配线导体11形成为，一端被配设于与作为盖体7的一方面的下面的电解质构件3的第2电极5相面对的部位上，另一端向盖体7的外面导出。此种第2配线导体11最好也与第1配线导体10相同，与盖体7一体化地形成，为了使第2配线导体11容易与第2电极5接触，按照从盖体7的下面突出10μm以上的方式形成。为了获得该突出高度，如前所述，在印刷涂布导体糊状物而形成时，按照加厚印刷条件的方式设定即可。另外，第2配线导体11最好与第2电极5相面对而配置多个，减少由第2配线导体11造成的电损失，对于第2配线导体11的盖体7的贯通部，最好采用50μm以上的直径。
当在这些第1配线导体10及第2配线导体11上，在其露出的表面上，利用镀膜法覆盖由镍制成的导电性优良并且耐腐蚀性及与焊料的浸润性良好的金属时，就可以使第1配线导体10及第2配线导体11、第1配线导体10及第2配线导体11以及外部电路形成良好的电连接。所以，第1配线导体10及第2配线导体11最好在其露出的表面上利用镀膜法覆盖由镍制成的导电性良好并且耐腐蚀性及与焊料的浸润性良好的金属。
此外，这些第1配线导体10和第1电极4的电连接及第2配线导体11和第2电极5的电连接由如下等的构成进行即可，即，通过用基体6和盖体7夹入电解质构件3，使第1配线导体10和第1电极4压接接触并使第2配线导体11和第2电极5压接接触而电连接。
另外，在与第1电极4相面对的基体6的凹部的底面上，配置有第1流体流路8，在与第2电极5相面对的盖体7的下面，配置有第2流体流路9。第1流体流路8从基体6的凹部的底面形成到基体6的外面，另外，第2流体流路9从盖体7的下面形成到盖体7的外面。这些第1及第2流体流路8、9分别由基体6或盖体7上形成的贯穿孔或槽来形成，被作为燃料气体例如富含氢的改性气体或者氧化气体例如空气等的向电解质构件3供给的流体的通路，或者被作为由反应产生的水等的在反应后从电解质构件3排出的流体的通路而设置。
作为第1流体流路8及第2流体流路9形成于基体6及盖体7上的贯穿孔或槽，按照向电解质构件3均匀地供给燃料气体或氧化气体等流体的方式，与燃料电池1的规格对应地决定贯穿孔的直径和数目或者槽的宽度、深度、配置即可。
本发明的燃料电池用容器2及燃料电池1中，第1流体流路8及第2流体流路9为了合适地以均一的压力使流体向电解质构件3流动，采用直径0.1mm以上的孔径，并使间隔一定来配置即可。
通过像这样与电解质构件3的形成了第1电极4的下侧主面相面对地形成第1流体流路8，与形成了第2电极5的上侧主面相面对地形成第2流体流路9，就可以在电解质构件3的下侧及上侧主面和第1及第2流体流路8、9之间进行流体交换，该流体穿过各个流路而被供给或排出。此外，当例如作为流体供给气体时，就可以消除分别向电解质构件3的第1电极4及第2电极5供给的气体分压下降的情况，从而可以获得特定的稳定的输出电压。另外，由于所供给的气体分压稳定，因此燃料电池1的内部压力被均匀化，其结果是，由于可以抑制电解质构件3上产生的热应力，因此可以使燃料电池1的可靠性提高。
此外，本发明中，基体6的凹部的底面及盖体7的下面的至少一方(在本实施方式中，基体6的凹部的底面及盖体7的下面两者)按照向电解质构件3侧凸出的方式翘曲。所以，当使基体6和盖体7的外周部接合时，可以在向电解质构件3的第1及第2电极4、5施加较高压力的状态下使第1及第2配线导体10、11接触。这样，就会有效地减少在第1及第2配线导体10、11和第1及第2电极4、5之间产生非接触部的情况，可以将它们良好地电连接。其结果是，可以减小电阻而提高发电效率，同时，不需要向基体6和盖体7的外周部以外的部位施加较多用于压接第1及第2配线导体10、11和第1及第2电极4、5的载荷。这样，就可以有效地防止由施加在基体6或盖体7上的多余的载荷导致在燃料电池用容器2上产生裂纹或破裂等的情况。
而且，基体6的凹部的底面的翘曲的大小是，使基体6的凹部的底面的翘曲的顶点和凹部的外周部的高度在10～150μm的范围即可。当小于10μm时，通过将基体6和盖体7的外周部接合而增大加在第2配线导体11和第2电极5的接触部的压力来提高连接可靠性的效果就会变小，同时，加在接触部上的压力降低。所以，由于接触部的表面粗糙度等，在第2配线导体11和第2电极5之间产生非接触部，发电效率就容易降低。另一方面，当超过150μm时，在将基体6和盖体7的外周部接合时，需要在基体6的外周部上施加较大的力，同时，为了使盖体7良好地压接在电解质构件3上，就要对基体6的凹部的底面的翘曲进行较大的矫正，因此盖体7容易破损。
另外，盖体7的下面的翘曲的大小是，使盖体7的下面的翘曲的顶点和外周部的高度在10～150μm的范围即可。当小于10μm时，通过将基体6和盖体7的外周部接合而增大加在第2配线导体11和第2电极5的接触部的压力来提高连接可靠性的效果就会变小，同时，加在接触部上的压力降低。所以，由于接触部的表面粗糙度等，在第2配线导体11和第2电极5之间产生非接触部，发电效率就容易降低。另一方面，当超过150μm时，在将基体6和盖体7的外周部接合时，需要在盖体7的外周部上施加较大的力，同时，为了使盖体7良好地压接在电解质构件3上，就要对盖体7的翘曲进行较大的矫正，因此盖体7容易破损。
另外，也可以在第1流体流路8或第2流体流路9的内壁上覆盖吸湿材料。此时，由于可以将在电解质构件3中因电化学反应生成的水蒸气或水等利用该吸湿材料吸收而除去，因此就可以有效地防止成为空气的流路的第1及第2流体流路8、9的堵塞。所以，可以有效地防止第1及第2电极4、5的电极的表面被水(H2O)覆盖，从而可以穿过第1及第2流体流路8、9从大气中有效地供给作为氧化气体的空气。所以，可以促进电解质构件3上的电化学反应，可以进行高效率的发电。
作为所述吸湿材料，虽然使用硅胶、氧化铝、白土、活性炭、纸、木屑等容易吸收水(H2O)的材料即可，但是，特别是硅胶、氧化铝、白土等无机粉末由于容易通过利用粉碎等调整粉末的大小来调节水(H2O)的吸收面积，因此在容易获得所需的吸湿特性方面是理想的材料。
当使吸湿材料覆盖在第1流体流路8及第2流体流路9的内壁上时，为了确保从大气中作为氧化气体穿过第1流体流路8及第2流体流路9的空气的流动的均匀性，最好在全部的第1及第2流体流路8、9上覆盖吸湿材料。另外，由于有必要在供给作为氧化气体的空气时减小压力损失的影响，因此吸湿材料的厚度最好为相对于第1及第2流体流路8、9的横截面的开口面积达到10％以下的面积的厚度。
另外，为了利用空气的流动促进水分从吸湿材料中的蒸发，最好在第1及第2流体流路8、9的内壁整体上覆盖吸湿材料。这样，当将本发明的燃料电池用容器2及燃料电池1用于例如携带用的直接式甲醇燃料电池(DMFC)等小型的电池中时，例如就可以用10ml甲醇运转数十小时，同时，作为此时的水(H2O)的生成量，相对于1g甲醇的消耗也仅为1ml，微量。所以，吸湿材料所吸收的水(H2O)就可以成为利用使用风扇的鼓风而充分蒸发的水量，在连续运转中也没有问题。
利用以上的构成，可以获得图1所示的可以收装电解质构件3的小型并且牢固的燃料电池用容器2，从而可以获得可以高效率控制的本发明的燃料电池1。
下面，对作为电源具有所述的燃料电池1的本发明的电子机器进行说明。
本发明的电子机器由于作为电源具有如上所述的燃料电池1，因此可以获得具有利用如上所示的本发明的燃料电池用容器2而带来的优点的、小型、低厚并且能够长期稳定动作的安全性和方便性优良的电子机器。
另外，在作为电源所具有的燃料电池1中，当使基体6及盖体7的至少一方具有外部连接用端子(正极端子及负极端子)时，就可以容易地与电子机器的电路基板电连接，并且拆装自由。所以，不用采用具有特殊的安全设备的设施，就可以容易地将燃料电池1更换为新的电池，从而可以提高电子机器的方便性。
另外，由于可以在燃料电池用容器2的基体6的内部利用金属化方法等以各种形状、电气特性形成金属层，因此就可以在基体6的内部形成作为电阻或电容、阻抗等发挥作用的电子电路元件。所以，例如在由于与燃料电池1平行地形成大容量的电容器，而使从燃料电池1中输出的电流变为不足的状态时，就可以补充不足的电流部分而确保与目标输出电流对应的电流供给。另外，由于可以形成升压电路，因此就可以确保电子机器所必需的电压。
而且，在像这样在基体6的内部形成电阻、电容或阻抗的情况下，基体6最好由玻璃陶瓷制成。
此外，作为本发明的电子机器，具体来说，有携带电话PDA(PersonalDigital Assistants)、数码相机或摄像机、游戏机等玩具等携带型电子机器或以笔记本型PC(个人电脑)为首的便携式打印机、传真机、电视机、通信机器、音像机器、电风扇等各种家电产品、电动工具等电子机器。
这些电子机器近年来正逐渐使用附加了使用了液晶显示装置等动画显示的功能的装置。此种动画显示由于电源的消耗非常大，因此使用以往蓄电池的电子机器短时间后就无法动作，与之相反，本发明的电子机器搭载有可以提供非常长时间的电源的燃料电池1，即使进行动画显示，也可以进行长时间的动作。
例如对于携带电话的情况，由中央处理装置(CPU)、控制部、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、将由使用者操作的数据输入CPU的输入部、天线、将由天线接收的信号解调而向控制部供给并且调制由控制部供给的信号而利用天线发送的无线部、根据来自控制部的鸣动信号而进行振鸣的扬声器、根据来自控制部的控制进行点灯、灭灯或点灭操作的发光二极管(LED)、根据来自控制部的信号进行信息的显示的显示部、根据来自控制部的驱动信号进行振动的振动器、将使用者的声音转换为声音信号而向控制部传递并将来自控制部的声音信号转换为声音而输出的送受话部、向各部分供给电源的电源部构成。通过在其电源部中装入本发明的燃料电池1及燃料电池容器2，由于燃料电池1及燃料电池容器2在紧凑性、简便性及安全性方面优良并且可以实现燃料的均匀供给及利用高效率的电连接进行的长时间的电源供给，因此就可以实现携带电话的小型、低厚及轻量化。
另外，如果考虑到最近的携带电话在小型化、低厚化方面已经十分充分的情况，则像这样可以在通过将燃料电池1小型、低厚化而产生的空间中例如再新装入照相机或摄像机等具有电话功能以外的功能的电子部件，从而可以进行进一步的多功能化。
另外，也可以不装入新的电子部件，而为了保护主要电子电路而设置冲击吸收材料或防冲击构件等。此时，就可以形成能够使因下落等而在携带电话主体上施加了冲击时的耐冲击性或在雨中使用等时的防水性等比以往更加牢固的构造。
另外，由于可以缩小携带电话主体内部的电路部，因此对携带电话主体的外形的制约减少，例如就可以形成采用对于老人或孩子来说容易握持携带电话的形状等设计性优良的外部形状。
另外，在将电源部的构造如上所述那样设为燃料电池1及燃料电池容器2自由拆装的构造时，如果预先准备预备的燃料电池1及燃料电池容器2，则由于可以在发生了电池破裂等的情况下容易地更换为预备的燃料电池1及燃料电池容器2，或者可以将燃料电池1取出而进行燃料的补给或更换，因此就可以继续进行通话等，与将以往的蓄电池作为电源使用的电话等相比，在方便性方面更加优良。
另外，被更换的使用完的燃料电池1由于可以通过补给燃料而立即再次利用，因此与充电相比，使用更加方便，另外还可以有效地利用资源。另外，还有如下的优点，即，即使在因自然灾害等造成的长期停电等的紧急情况下或在屋外时也可以使用。
另外，对于笔记本型PC(个人电脑)的情况，由以下构成组成，即，具备个人电脑主体、收纳了用于向个人电脑主体输入特定的数据的键盘的第1筐体、收纳了用于显示利用键盘输入的数据或者利用个人电脑主体处理的数据的显示器的第2筐体，第2筐体被可以开闭地安装在第1筐体上，另外将向各部分供给电源的电源部设于第1筐体上，在其电源部上装有燃料电池1及燃料电池容器2。此时，与所述的携带电话相同，装入本发明的电子机器中的燃料电池1及燃料电池容器2在紧凑性、简便性及安全性方面优良，可以实现燃料的均匀供给及利用高效率的电连接产生的长时间的电源供给。所以，可以实现笔记本型PC(个人电脑)主体的小型、低厚化、轻量化及多功能化，同时，与显示器的大型化或高析像度化对应，还可以稳定地长期供给大电流，从而可以形成容易观看显示器并且携带时的重量或容积上的负担也较少等方便性高的笔记本型PC(个人电脑)。
另外，在将电源部的构造设为燃料电池1及燃料电池容器2自由拆装的构造的情况下，如果预先准备预备的本发明的燃料电池1及燃料电池容器2，则在屋外或客机等移动体内等仅能使用2次电池的状况下，有可以实现与以往相比长时间的电源供给的优点。另外，在像这样在公共场所使用的情况下，由于在安全性方面也优良，因此可以成为不受制约地使用的在方便性方面优良的装置。
而且，本发明并不限定于以上的实施方式，只要是在不脱离本发明的主要思想的范围中，也可以进行各种变更。例如，对于第1流体流路或第2流体流路，为了将燃料电池1整体薄型化，也可以设置从基体6或盖体7的侧面的流入口。这样，特别是在作为携带电子机器用实现小型化方面有效。另外，对于第1及第2配线导体10、11，也可以将向基体6及盖体7的外面导出的另一端按照分别向相同侧的侧面拉出的方式配设。这样，就可以将配线或流路等集中在燃料电池的一方侧面上，从而容易实现小型化和对与外部的接合部的保护，可以实现高可靠性的设计，同时，还可以形成能够长时间稳定动作的燃料电池。
另外，也可以在基体6的凹部的内部，收装多个电解质构件3，利用第1及第2配线导体10、11将它们电连接，从而作为整体可以获得高电压或大电流的输出。
另外，图2中以剖面图表示本发明的另一个实施方式的燃料电池用容器及燃料电池。在燃料电池用容器2’中，也可以将第1流体流路8’及第2流体流路9’的至少一方用开口部13、连接部14、流体的导入部15、流体的排出部(未图示)构成。开口部13在凹部的底面或盖体7’的下面，按照与电解质构件3的作为一方主面的下侧主面或作为另一方主面的上侧主面相面对的方式，以相同长度等间隔地形成相同宽度的槽状的多个开口。连接部14将形成于基体6’及盖体7’的至少一方的内部中的多个开口的一端之间及另一端之间分别连接。流体的导入部15从连接部14的一方形成到基体6’及盖体7’的至少一方的外面。流体的排出部从另一方形成到基体6’及盖体7’的至少一方的外面。另外，也可以按照在具有凹部的基体6’的凹部中收装电解质构件3，将第1及第2电极4、5分别与第1及第2配线导体10’、11’电连接的方式，构成燃料电池1’。
这样，就容易利用流体的导入部15和连接部14向多个形成槽状的开口部13供给流体，由于开口部13的多个槽状的开口被以相同长度相同宽度等间隔地形成，因此即使在流体的流入速度较快的情况下，从导入部15到排出部的距离变短，流路阻力减小。其结果是，可以提高向电解质构件3供给的流体的均一供给性，在使从大气中作为氧化气体供给的空气出入时，可以将因化学反应生成的水(H2O)连续地干燥除去。
另外，图3中以剖面图表示本发明的另一个实施方式的燃料电池用容器及使用它的燃料电池。在燃料电池容器2”中，也可以按照如下的方式构成燃料电池1”，即，在具有多个凹部的基体6”的各个凹部中分别收装有电解质构件3，同时，跨越相邻的凹部的端部间配设第3配线导体16，将多个电解质构件3的第1电极4之间或第1电极4和第2电极5之间电连接，为了将作为整体的输出取出，将第1配线导体10”及第2配线导体11”分别与配置在成为两端的位置上的电解质构件3电连接。
这样，由于可以利用第1～第3配线导体10”、11”、16来自由地三维配线，因此就可以将多个电解质构件3任意地串联或并联。其结果是，由于可以效率优良地调整整体的输出电压及输出电流，因此就形成可以将由电解质构件3电化学地生成的电能良好地向外部输出的燃料电池用容器2”及燃料电池1”。
本发明可以用不脱离其精神或主要特征的其他各种方式实施。所以，所述的实施方式在任意方面都只不过是单纯的示例，本发明的范围是权利要求的范围中所示的，不受说明书正文的任何约束。另外，属于权利要求的范围的变形或变更全都是本发明的范围内的内容。

Claims (13)

1.一种燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，具备：
在一方面侧具有收装电解质构件(3)的凹部的、由陶瓷制成的基体(6、6’、6”)，所述电解质构件(3)在一方及另一方主面上分别具有第1及第2电极(4、5)，和
从与所述电解质构件(3)的所述一方主面相面对的所述凹部的底面到所述基体(6、6’、6”)的外面形成的第1流体流路(8、8’、8”)，和
一端配设于与所述电解质构件(3)的所述第1电极(4)相面对的所述凹部的底面而另一端向所述基体(6、6’、6”)的外面导出的第1配线导体(10、10’、10”)，和
在所述基体(6、6’、6”)的所述凹部的周围的一方面上覆盖所述凹部而安装的、不透气地密封所述凹部的盖体(7、7’、7”)，和
从与所述电解质构件(3)的所述另一方的主面相面对的所述盖体(7、7’、7”)的一方面到所述盖体(7、7’、7”)的外面形成的第2流体流路(9、9’、9”)，和
一端配设于与所述电解质构件(3)的所述第2电极(5)相面对的所述盖体(7、7’、7”)的一方面上而另一端向所述盖体(7、7’、7”)的外面导出的第2配线导体(11、11’、11”)；
所述基体(6、6’、6”)的凹部的底面及所述盖体(7、7’、7”)的一方面的至少一方按照向所述电解质构件(3)侧凸出的方式翘曲。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述基体(6、6’、6”)中，所述凹部的底面的翘曲的顶点和所述凹部的外周部之间的高度为10到150μm。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述盖体(7、7’、7”)中，所述盖体(7、7’、7”)的所述一方面的翘曲的顶点和所述一方面的外周部之间的高度为10到150μm。
4.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述基体(6、6’、6”)及所述盖体(7、7’、7”)的至少一方弯曲强度在200MPa以上。
5.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述基体(6、6’、6”)及所述盖体(7、7’、7”)的至少一方是用由相对密度在95％以上的致密质构成的氧化铝质烧结体形成。
6.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述基体(6、6’、6”)及所述盖体(7、7’、7”)的至少一方的厚度为0.2mm至5mm。
7.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述第1配线导体(10、10’、10”)从所述基体(6、6’、6”)的所述凹部的底面突出。
8.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述第2配线导体(11、11’、11”)从所述盖体(7、7’、7”)的一方面突出。
9.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述第1流体流路(8、8’、8”)及所述第2流体流路(9、9’、9”)的至少一方，其孔径在0.1mm以上并且使间隔一定而被配置。
10.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述第1流体流路(8、8’、8”)及所述第2流体流路(9、9’、9”)的至少一方在其内壁覆盖有吸湿材料。
11.根据权利要求10所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，其特征是，所述吸湿材料被设为相对于所述第1流体流路(8、8’、8”)及所述第2流体流路(9、9’、9”)的横截面的开口面积为10％以下的面积的厚度。
12.一种燃料电池(1、1’、1”)，其特征是，
包括在一方及另一方主面上分别具有第1及第2电极(4、5)的电解质构件(3)、权利要求1至11中任意一项所述的燃料电池用容器(2、2’、2”)，
在所述燃料电池用容器(2、2’、2”)的所述凹部中收装所述电解质构件(3)，按照在所述电解质构件(3)的所述一方主面和所述第1流体流路(8、8’、8”)之间及所述电解质构件(3)的所述另一方主面和所述第2流体流路(9、9’、9”)之间，各自的流体可以交换的方式配置所述一方主面及另一方主面，同时，将所述第1电极(4)与所述第1配线导体(10、10’、10”)电连接，将所述第2电极(5)与所述第2配线导体(11、11’、11”)电连接，在所述基体(6、6’、6”)的所述凹部的周围的一方面上覆盖所述凹部安装所述盖体(7、7’、7”)。
13.一种电子机器，其特征是，作为电源，具有权利要求12所述的燃料电池(1、1’、1”)。
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