CN1604376A - 燃料电池用容器和燃料电池 - Google Patents
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Abstract
一种能收容电解质构件的小型牢固、能均匀供给气体且容器内的温度梯度均匀化并能高效电连接的可靠性高的燃料电池容器,具备:在上面有收容具有第1第2电极的电解质构件(3)的凹部的基体、从凹部底面向基体(6)外面形成的第1流体流路(8)、一端配置在与第1电极相对的凹部底面,另一端在基体外面形成的第1布线导体(10)、气密密封凹部的盖体、从盖体(7)下面形成到外面的第2流体流路(9)、一端配置在盖体下面另一端导出到盖体外面的第2布线导体,叠合多个燃料电池容器的单元体,下侧单元体的第1布线导体与上侧单元体的第2布线导体电连接,同时在单元体侧面凸部形成在与邻接的单元体叠合一侧的端部,邻接的凸部之间被粘接。
Description
技术领域
本发明涉及能收容电解质构件的由陶瓷构成的小型且高可靠性的燃电池用容器以及使用它的燃料电池。
背景技术
近年来,迄今为止在低温下工作的小型燃料电池的开发很活跃。对于燃料电池,按它所用的电解质种类已知有固体高分子电解质型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell;以下称为PEFC)、磷酸型燃料电池、或者固体电解质型燃料电池等。
其中PEFC的工作温度是80~100℃左右这样的低温,有如下这样优良的特长:
(1)输出密度高,能小型化轻量化;
(2)电解质无腐蚀性,而且由于工作温度低,从耐蚀方面看对电池构成材
料的限制小,所以容易降低成本;
(3)由于能在常温下起动,所以起动时间短,这样一来,PEFC灵活运用以上这样的特长,不但能适用于车辆用驱动电源、家庭用的综合能源系统等,而且也考虑用作便携式电话、PDA(Personal Digital Assistants)、笔记本电脑、数字照像机及录像机等输出为数瓦~数十瓦的便携式电子机器的电源。
PEFC在结构上大致有例如由附着了铂、铂-钌等催化剂微粒的炭素电极构成的燃料极(阳极);由附着了铂等催化剂微粒的炭素电极构成的空气极(阴极)和夹装在燃料极与空气极之间的薄膜状的电解质构件。这里,通过改质部抽出的氢气(H2)供给燃料极,另一方面大气中的氧气(O2)供给空气极,借助电化学反应生成规定的电能(发电),即生成成为对负载的驱动电源(电压/电流)的电能。
具体地说,氢气(H2)供给燃料电极后,如下面的化学反应式(1)所示,借助上述催化剂产生分离了电子(e-)的氢离子(质子;H+),通过电解质构件在空气极侧通过,同时借助构成燃料极的炭素电极取出电子(e-)并供给负载。
另一方面,空气供给空气极后,如下面的化学反应式(2)所示,借助上述催化剂,经由负载的电子(e-)和通过电解构件的氢离子(H+)以及空气中的氧气(O2)进行反应生成水(H2O)。
这样一系的电化学反应(式(1)和式(2))大约在80~100℃的比较低的温度条件下进行,电力以外的副产物基本上只有(H2O)。
构成电解质构件的离子导电膜(交换膜)已知有具有磺酸基的聚苯乙烯系的阳离子交换膜、氟代烃磺酸与聚偏氯乙烯的混合膜、以及将三氟乙烯接枝化到氟代烃基质后的膜,最近全氟代烃磺酸膜(例如商品名:ナフイオン,デユボン社制)等正在被应用。
图4示出现有的燃料电池(PEFC)的结构的剖面图。在该图中,21是PEFC,23是电解质构件,24和25是配置在电解质构23上用以挟持电解质构件并具有作为气体扩散层和催化剂层功能的一对多孔质电极,即燃料极和空气极,26是气体分离器,28是燃料流路,29是空气流路,30是集电极,31是紧固板,32是螺栓。
气体分离器26由形成气体分离器26的外形的层叠部和气体流入流出框架、分离燃料流路28和空气流路29的分离器部、以及贯通该分离器部设置的并与电解质构件23的燃料极24和空气极25对应配置的电极构成。通过气体分离器26层叠多个电解质构件23的燃料极24、空气极25使之电串联和/或并联连接,用集电极30取出电能,用紧固板31将各气体分离器借助螺栓32使之有必要的表面压力那样进行紧固固定,作为电池最小单位的燃料电池组,将该燃料电池组收容在箱体中,此即通常的PEFC主体。
通过在气体分离器26形成的燃料流路28,从改质器向燃料极24供给含有水蒸气的燃料气体(富含氢的气体),而通过空气流路29从大气中向空气极25供给作为氧化剂的空气,借助在电解质构件23的化学反应进行发电。
相关技术的专利文献:
特开2001-266910号公报
特表2001-507501号公报
然而,作为这样的高电压、高容量的电池,迄今提出并被开发的燃料电池21是有组套结构,其构成要素被大面积化、大重量化,是一种大型的电池,作为小型电池的燃料电池的利用,以往几乎未加考虑。
即,对这样的燃料电池21的现有的气体分离器26来说,在用其将电解质构件23层叠后的层叠体中,由于电解质构件23的侧面向外部露出,携带时出现掉下来等情况容易受到损伤,存在难以保证燃料电池21总体的机械可靠性的问题。
为了在便携式电子机器上装载燃料电池21,就需要与现有的大型燃料不同的,在紧凑性、简便性、安全性方面优良的燃料电池用容器。即,为了用作通用的化学电池这样的便携电源,为了使升达工作温度的过程短时间化,也为使热容量减少,虽然有必要使燃料电池用容器小型化、低高度化,但在现有的燃料电池21中占有热容量比率的大部分的气体分离器26,特别是在对石墨板的表面进行切削加工形成流路的气体分离器26的情况下等,由于壁薄容易破裂,所以要有数mm的厚度。所以存在小型化、低高度化困难这样的问题。
进而,燃料电池21的输出电压存在在气体分离器26的厚度厚时电阻变大,其结果相对输出电流的电压损失增加,使输出电压下降的问题。多个电解质构件23及与其相对的燃料极24、空气极25和气体分离器26的组合被任意高效地串联连接或并联连接,虽然有必要调整总体的输出电压和输出电流,但对现有的燃料电池21来说,为了从夹持电解质构件23的燃料极和空气极取出电能,用集电极30向外部引出并与外部电路连接,用紧固板31使多个气体分离器26作为导电性材料叠合成为串联连接的方法,有必要使紧固板31和螺栓32与集电极30绝缘,在小型燃料电池中使零部件数增加,薄型化困难,进而还存在电池间电连接的自由度减少的问题。
发明内容
本发明是鉴于现有技术的上述问题而完成的,其目的在于提供一种能收容电解质构件的小型的牢固的并有高效率电连接的可靠性的燃料电池用容器以及使用它的燃料电池。
本发明是包括互相叠合的多个单元体的燃料电池用容器,各单元体具有:
在一方侧有收容电解质构件的凹部的由陶瓷构成的基体,所述的电解质构件在一方主面和另一方主面上分别有第1电极和第2电极;
从与上述电解质构件的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体的外面而形成的第1流体流路;
一端配置在与上述电解质构件的上述第1电极相对的上述凹部的底面,另一端引到上述基体的外面而形成的第1布线导线;
覆盖上述凹部并粘合在上述基体的上述凹部周围的一面上的使上述凹部气密密封的盖体;
从与上述电解质构件的上述另一主面相对的上述盖体的一面到上述盖体的外面而形成的第2流体流路;和
一端配置在与上述电解质构件的上述第2电极相对的上述盖体的一面上,另一端向上述盖体的外面导出的第2布线导体;
另外,一方单元体的上述第1布线导体与叠合并隣接的另一方单元体的上述第2布线导体电连接,同时在上述单元体的侧面,在与邻接的上述单元体叠合一侧的端部形成凸部,邻接的上述凸部之间被粘合。
本发明是包括互相叠合的多个单元体的燃料电池用容器,各单元体具有:
在一侧有多个收容电解质构件的凹部的由陶瓷构成的基体,所述的电解质构件在一方主面上和另一方主面上分别有第1电极和第2电极;
从与上述电解质构件的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体的外面而形成的第1流体流路;
一端配置在与上述电解质构件的上述第1电极相对的上述凹部的底面,另一端向上述基体的外面导出形成的第3布线导体;
覆盖上述凹部并粘合在上述基体的上述凹部周围的一方面上的使上述凹部气密密封的盖体;
从与上述电解质构件的上述另一方主面相对的上述盖体的一方的面到上述盖体的外面而形成的第2流体流路;
一端配置在与上述电解质构件的上述第2电极相对的上述盖体的一面上、另一端向上述盖体的外面导出的第4布线导线;
在上述基体上形成、一端在上述多个凹部中的一个的底面与和上述电解质构件的上述第1电极相对的第3布线导体连接,同时另一端在上述多个凹部的另一个的底面与上述电解质构件的上述第1电极相对的第3布线导体连接的第5布线导体;
另外,一方的单元体的上述第3布线导体与叠合并邻接的另一方单元体的上述第4布线导体电连接,同时在上述单元体的侧面,在与邻接的上述单元体叠合的一侧的端部形成凸部,使邻接的上述凸部之间粘合。
本发明是包括互相叠合的多个单元体的燃料电池用容器,各单元体包括:
在一侧有多个收容电解质构件的凹部的由陶瓷构成的基体,所述的电解质构件在一方主面和另一方主面上分别有第1电极和第2电极;
从与上述电解质构件的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体的外面形成的第1流体流路;
一端配置在与上述电解质构件的上述第1电极相对的上述凹部的底面,另一端引向上述基体的外面而形成的第6布线导线;
覆盖上述凹部并粘合在上述基体的上述凹部周围的一方的面上并使上述凹部气密密封的盖体;
从与上述电解质构件的上述另一方主面相对的上述盖体的一面到上述盖体的外面形成的第2流体流路;
一端配置在与上述电解质构件的上述第2电极相对的上述盖体的一面上,另一端向上述盖体的外面导出的第7布线导体;
另外,该燃料电池用容器还具备:
一端在上述多个凹部中的一个的底面与和上述电解质构件的上述第1电极相对的第6布线导体连接,同时另一端向上述基体的粘合着上述盖体的一面导出的第8布线导体;
一端在上述盖体的一面,与和上述多个凹部中和另一个的上述电解质构件的上述第2电极相对的第7布线导体连接,同时另一端向粘合在上述基体的上述一面上的上述盖体的一面导出使之与上述第8布线导体的另一端相对的第9布线导体;
另外,一方单元体的上述第6布线导体与叠合并邻接的另一方单元体的上述第7布线导体电连接,同时在上述单元体的侧面,在与邻接的上述单元体叠合的一侧的端部形成凸部,使邻接的上述凸部之间粘合。
本发明的特征在于:上述第8布线导体设置在上述另一方单元体上,上述第9布线导体设置在上述一方单元体上,上述第8布线导体和上述第9布线导体用连接用布线导体连接。
本发明的特征还在于:粘结上述凸部之间的粘接剂由热固化性树脂构成,其固化温度在200℃以下。
本发明的特征在于:上述基体和盖体,其弯曲强度在200MPa以上。
本发明的特征在于:上述基体和盖体的厚度是0.2~5mm。
本发明的特征还在于:上述基体和盖体由相对密度在90%以上的氧化铝烧结体构成。
另外,本发明是一种燃料电池,其特征在于:它包括:在一方主面和上侧主面上分别有第1电极和第2电极的电解质构件;和上述燃料电池用容器;
将上述电解质构件收容在上述燃料电池用容器的上述凹部,在该电解质构件的上述一方主面与上述第1流体流路之间和另一方主面与上述第2流体流路之间各流体能互换那样配置,同时使上述第1布线导体与上述第1电极电连接,使上述第2布线导体与上述第2电极电连接,使上述盖体覆盖上述凹部粘合在上述基体的上述凹部周围的一面上而构成。
本发明是一种燃料电池,其特征在于:它包括:在一方主面和另一方主面上分别有第1电极和第2电极的电解质构件;和上述燃料电池用容器;
将上述电解质构件收容在上述燃料电池用容器的多个上述凹部,在该电解质构件的上述一方主面与上述第1流体流路之间和另一方主面与上述第2流体流路之间各流体能交换那样配置,同时分别使上述第3布线导体与上述第1电极电连接,使上述第4布线导体与上述第2电极电连接,使上述第5布线导体与上述第3布线导体电连接,使上述盖体覆盖上述凹部粘合在上述基体的上述凹部周围的一面上而构成。
本发明是一燃料电池,其特征在于:它包括在一方主面和另一方主面上分别有第1电极和第2电极的电解质构件;和上述燃料电池用容器,
使上述电解质构件收容在上述燃料电池用容器的多个上述凹部,在该电解质构件的上述一方主面与上述第1流体流路之间和另一方主面与上述第2流体流路之间各流体能交换那样配置,同时分别使上述第6布线导体与上述第1电极电连接,使第7布线导体与上述第2电极电连接,使上述第8布线导体的一端与上述第6布线导体电连接,使上述第9布线导体的一端与上述第7布线导体电连接,在上述基体的上述凹部周围的一面覆盖上述凹部,同时连接上述第8和第9布线导体的上述各另一端并粘合上述盖体而构成。
本发明使用的燃料电池用容器具有在一侧上有收容电解质构件的凹部的由陶瓷构成的基体,所述的电解质构件在一方主面和另一方主面上分别有第1和第2电极,和覆盖凹部并粘合在该基体的凹部周围的一面上的气密密封凹部的盖体。因此,由于气密密封燃料电池用容器,无气体等流体的泄漏,除该容器外,无须设置封装等容器,在获得能高效工作的燃料电池的同时,也能有效地小型化。由于将多个电解质构件收容在由一面上有凹部的由陶瓷构成的基体和密封凹部的盖体形成的箱体内,所以不会使电解质构件露到容器外部而受到损伤,提高了燃料电池整体的机械可靠性。由于除了一端配置在由凹部和盖体构成的容器内部的第1与第2布线导体、或第3、第4与第5布线导体、或第6、第7、第8与第9布线导体外,与电解质构件本身不进行无用的电接触,因而能获得可靠性和安全性都高的燃料电池。进而由于使用陶瓷作为燃料电池用容器的构成材料,所以能获得对以各种气体为主的流体有优良的耐蚀性的燃料电池。
由于具有从与电解质构件的一方主面相对的凹部的底面到基体的外面形成的第1流体流路和从与电解质构件的另一方主面相对的盖体的一面到盖体的外面形成的第2流体流路,所以各流体流路设置在挟持电解质构件并分别相对的内壁面上。因而能提高向电解质构件供给的流体的均匀供给性。
由陶瓷构成的基体和盖体,与作为现有材料的碳铸型材料比较,由于强度大所以能使之薄,能使基体和盖体的电阻下降,其结果能提供减少电压损失的高输出的燃料电池。
另外,不用集电板和紧固板而用粘接剂粘结凸部来固定单元体,因而零部件数减少,能薄型化。
由于在基体与盖体上形成各流体流路,各流体流路的密封性优良,不存在以往的应该流路隔绝的2种原料流体(例如氧气、氢气或甲醇等)混合而不能发挥燃料电池的功能的情况,以及不存在高温下混合可燃性流体而产生起火爆炸的危险,所以能提供安全的燃料电池。
如按照本发明,燃料电池将电解质构件收容在本发明的燃料电池用容器的凹部,在第1和第2流体流路之间,各流体沿电解质构件的一方主面和另一方主面可交换地配置,同时将第1和第2电极分别与第1和第2布线导体电连接,将盖体覆盖凹部地粘合在基体凹部周围的一面上而构成。由于用布线导体能自由地进行电布线,所以能得到所要求的电压、电流。
由此,能获得具有以上这样的本发明的燃料电池用容器的特长的,小型、牢固、气体均匀供给、高效电连接的可靠性高的燃料电池。
进而如按照本发明,燃料电池用容器由于具备在基体上形成的、一端在上述多个凹部的一个底面与和电解质构件的第1电极相对的第3布线导体连接而另一端在上述多个凹部的另一个底面与和电解质构件的第一电极相对的第3布线导体连接的第5布线导体,因此,通过使多个电解质构件电连接而能将它们并联连接。其结果,由于能调整燃料电池总体的输出电流,所以能在良好的状态下向外部取出在电解质构件电化学产生的电能。
进而如按照本发明,燃料电池用容器具备:在有收容电解质构件的多个凹部的基体和在其上粘合着的盖体上形成的,一端在上述多个凹部中的一个底面与和电解质构件的第一电极相对的第6布线导体连接而另一端在基体的一面的粘合着盖体的部位导出的第8布线导体;和一端在盖体的一面与和上述多个凹部中的另一个的电解质构件的第2电极相对的第7布线导体连接而另一端在盖体的一面的与基体的一面粘合的部位上导出使之与第8布线导体的另一端相对的第9布线导体。因此,通过将多个电解质构件电连接而能将它们串联连接。其结果,由于用一个一个的电解质构件发电,即使是微小电压,也能通过串联连接调整合计的电压,因而能在良好的状态下向外部取出用电解质构件电化学产生的电能。
此外,如按照本发明,燃料电池,将电解质构件收容在本发明的燃料电池用容器的凹部,在第1和第2流体流路之间,沿该电解构件的一方主面和另一方主面能互换那样配置各流体,同时分别将第1和第2电极与第1~第2布线导体、第3~第5布线导体、第6~第9布线导体电连接,将盖体覆盖凹部粘合在基体凹部周围的上面而构成。从而能获得具有以上这样的本发明的燃料电池用容器的特长的,能小型、牢固、高效率电连接的可靠性高的燃料电池,同时由于通过并联连接多个电解质构件能调整燃料电池总体的输出电流,或者通过串联连接多个电解质构件能调整合计的电压,从而能在良好的状态下向外部取出用电解质构件电化学产生的电能。
因此,本发明的燃料电池用容器和燃料电池有良好的紧凑性、简便性和安全性,流体能均匀供给,借助高效率的电连接,能长期稳定的工作。
如按照本发明,燃料电池,将电解质构件收容在本发明的燃料电池用容器的凹部,在第1和第2流体流路之间,各流体沿该电解质构件的一方主面与另一方主面能交换地配置,同时使第1和第2电极分别与第1和第2布线导体电连接,由于覆盖凹部将盖体粘合在基体凹部周围的上面而构成,所以电解质构件不会露出受到损伤。由于除了一端配置在由凹部和盖体构成的容器内部的第1和第2布线导体之外,与电解质构件没有无用的电接触,能获得可靠性和安全性高的燃料电池。由于第1和第2流体流路隔着电解质构件设置在作为分别相对的内壁面的基体凹部的底面和盖体的一面,所以能提高向电解质构件供给的气体的均匀供给性,由于不会使向电解质构件的第一电极以及第二电极供给的气体分压下降,所以能得到规定的稳定的输出电压。而且能抑制在电解质构件产生的应力,提高可靠性。
进而如按照本发明,燃料电池由于用第1~第9布线导体能自由地三维布线,因而能将多个电解质构件任意地串联连接或并联连接。其结果,由于能高效地调整总体的输出电压和输出电极,因而能良好地向外部取出用电解质构件电化学生成的电能。
燃料电池由于能用粘接剂固定相邻接的凸部之间,不必使用安装部件,因能更进一步的使燃料电池低高度化。
附图说明
图1是表示本发明第1实施例的燃料电池用容器和使用它的燃料电池的剖面图。
图2是表示本发明第2实施例的燃料电池用容器和使用它的燃料电池的剖面图。
图3是表示本发明的第3实施例的燃料电池用容器和使用它的燃料电池的剖面图。
图4是表示现有的燃料电池用容器和使用它的现有的燃料电池的剖面图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的最佳实施例进行详细说明。
根据附图详细说明本发明。图1是表示本发明的第1实施例的燃料电池用容器以及使用它的燃料电池的剖面图。在该图中,1-燃料电池、2-燃料电池用容器、3-电解质构件、4-第1电极、5-第二电极、6-基体、7-盖体、8-第1流体流路、9-第2流体流路、10-第1布线导体、11-第2布线导体、12-凸部、13-燃料电池用容器的单元体、14-粘接剂。
电解质构件3例如使成为阳极侧电极的燃料极(未示出)和成为阴极侧电极的空气极(未示出)一体地形成在离子导电膜(交换膜)的两主面上,第1电极4形成在作为一方主面的下侧主面,第2电极5形成在作为另一方主面的上侧主面上。而且,使用电解质构件3发电的电流流向第1电极、第2电极并能向外部取出。
这样的电解质构件3的离子导电膜(交换膜)由全氟碳磺酸树脂,例如“ナフイオン”,商品名,デユボン社制)等质子传导性的离子交换树脂构成。燃料极和空气极是多孔质状态的气体扩散电极,兼有多孔质催化剂层和气体扩散层两种功能。这些燃料极和空气极用借助聚四氟乙烯这样的疏水性树脂粘合剂保持承载有铂、钯或者它们的合金等催化剂的导电性微粒子例如碳微粒子的多孔质体构成。
电解质构件3的下侧主面的第1电极4和上侧主面的第2电极5用如下方法形成,即将带有铂、铂-钌等催化剂微粒子的碳素电极热压到电解质构件3上的方法,或者将带有铂、铂-钌等催化剂微粒子的碳素电极材料和使电解质材料分散的溶液的混合物涂敷或复制到电解质上的方法等。
燃料用电池用容器2是将多个单元体13互相叠合构成。各单元体13由有凹部的基体6和盖体7构成,有将电解质构件3装到凹部的内部并进行气密密封的作用,用氧化铝(Al2O3)烧结体、富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)烧结体、碳化硅(SiC)烧结体、氮化铝(AlN)烧结体、氧化硅(Si3N4)烧结体、玻璃陶瓷烧结体等陶瓷材料形成。
玻璃陶瓷烧结体由玻璃成分和填料成分构成,作为玻璃成分举例有:SiO2-B2O3系、SiO2-B2O3-Al2O3系、SiO2-B2O3-Al2O3-MO系(其中M表示Ca、Sr、Mg、Ba或Zn)、SiO2-Al2O3-M1O-M2O系)(其中M1和M2相同或不同,表示Ca、Sr、Mg、Ba或Zn)、SiO2-B2O3-Al2O3-M1O-M2O系(其中M1和M2与上述相同)、SiO2-B2O3-M3 2O系(其中M3表示Li、Na或K)、SiO2-B2O3-Al2O3-M3 2O系(其中M3与上述相同)、Pb系玻璃、Bi系玻璃等。
作为填料成分举例有:Al2O3、SiO2、ZrO2与碱土类金属氧化物的复合氧化物、TiO2与碱土类金属氧化物的复合氧化物、包括从Al2O3和SiO2选出的至少一种的复合氧化物(例如尖晶石、富铝红柱石、堇青石)等。
燃料电池用容器2的单元体13,由有凹部的基体6和盖体7构成。为了通过覆盖凹部将盖体7粘合在基体6的凹部周围来气密密封凹部,通过用焊料或银钎料等金属接合材料的接合、用环氧等树脂材料的接合,将用铁合金等制成的密封圈等接合到基体6的凹部周围的一方主面上,用缝焊、电子束、激光等进行熔接的方法等,将盖体7粘合到基体6上。在盖体7上也可以形成与基体6同样的凹部。
基体6和盖体7,为使其厚度分别变薄,使燃料电池1能低高度化,作为机械强度的弯曲强度最好在200MPa以上。
基体6和盖体7最好用例如由相对密度在90%以上的致密物质构成的氧化铝烧结体形成。如为该情况,例如首先将稀土类氧化物粉末或烧结助剂添加到氧化铝粉末中并混合,来调整氧化铝烧结体的原料粉末。接着将有机粘接剂和分散剂添加到该氧化铝烧结体的原料粉末中并混合使之料浆化,用对该料浆刮刀法,或者将有机粘接剂加到原料粉末通过冲压成形、压延成形,制作规定厚度的型板。然后借助用金属模的冲裁、微孔机、激光等,对该型板,形成作为第1流体流路8和第2流体流路9的贯通孔,和用以配置第1布线导体10和第2布线导体11的贯通孔。
为了防止氧化,第1布线导体10和第2布线导体11,最好用钨和/或钼形成。如为该情况,例如,作为无机成分,调制相对100质量份的钨和/或钼粉末分别按3~20质量份和0.5~5质量份的比率添加Al2O3和Nb2O5而成的导体料浆。将该料浆填充到型板的贯通孔内,形成作为贯通导体的通孔导体。
为了提高与基体6、盖体7的陶瓷的密合性,也可以按例如0.05~2体积%的比率向这些导体料浆中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。
向基体6、盖体7的表层和内层的第1布线导体10和第2布线导体11的形成,在向贯通孔填充导体料浆形成通孔导体的前后或同时,用网板印刷、照相凹板印刷等方法,将同样的导体料浆对型板进行印刷涂布成规定图案而形成。
然后,将印刷充填了导体料浆的规定数量的板状成形体调成适合位置并层叠压合后,将该层叠体在例如非氧化性气氛中按1200~1500℃的温度的最高烧结温度进行烧结,获得作为目的的陶瓷的基体6、盖体7和第1布线导体10、第2布线导体11。
陶瓷构成的基体6和盖体7最好使其厚度在0.2mm以上。厚度不足0.2mm,因强度下降,由于将盖体7粘合到基体6上时产生的应力,有容易产生基体6和盖体7破裂等的倾向。另一方面,厚度如超过5mm,因薄型化、低高度化困难,不适于用作在小型便携式机中安装的燃料电池,此外因热容量变大,有难以灵活设定为与电解质构件3的电化学反应条件相当的适当的温度的倾向。
第1布线导体10和第2布线导体11分别与电解质构件3的第1电极4和第2电极5电连接,有用以向燃料电池用容器2外部取出在电解质构件3发电的电流的作为导电电路的功能,还兼有现有的集电板的功能。
第1布线导体10,其一端配置在基体6的凹部底面的与电解质构件3的第1电极4相对的部位,另一端向基体6的外面导出而形成。这样的第1布线导体10如上所述,与基体6一体形成,希望形成得使第1布线导体10容易与第1电极4接触,离基体6的凹部的底面10μm以上。为了获得该高度,如上所述,在印刷涂布导体料浆而形成时,也可以设定印刷条件使之增厚。第1布线导体10与第1电极4相对配置多个,希望减少第1布线导体10造成的电损失,对第1布线导体10的基体6的贯通孔来说,直径最好在50μm以上。
第2布线导体11,其一端设置在作为盖体7的一面的下面的与电解质构件3的第2电极5相对的部位,另一端向盖体7的外面导出而形成。这样的第2布线导体11也与第1布线导体10同样,与盖体7一体形成,希望形成得使第2布线导体11易于与第2电极5接触并距盖体7的下面10μm以上。为获得该高度,如上所述,在印刷涂布导体料浆而形成时,可以设定印刷条件使之变厚。第2布线导体11与第2电极5相对并配置多个,希望减少第2布线导体11造成的电损失,对第2布线导体11的盖体7的贯通部来说,直径最好在50μm以上。
对这些第1布线导体10和第2布线导体11来说,将由镍金属构成的导电性好、耐腐蚀并与钎料材料的浸润性良好的金属用电镀法被覆在其露出的表面上,能使第1布线导体10和第2布线导体11、与第一布线导体10以及第2布线导体11以及外部电路有良好的电连接。因而第1布线导体10和第2布线导体11最好将由镍构成的导电性好且耐腐蚀并与钎焊材料的浸润性良好的金属,用电镀法被覆在其露出的表面上。
而且,这些第1与第2布线导体10、11和第1与第2电极4,5的电连接,可以用通过用基体6和盖体7挟装电解质构件3,使第1与第2布线导体10、11和第1与第2电极4、5压接接触进行电连接等结构来进行。
各第1流体流路8和第2流体流路9配置在与第1电极4和第2电极5相对的基体6的凹部的底面和盖体7的下面,第1流体流路8设在基体6的外面,第2流体流路9设在盖体7的外面。这些第1和第2流体流路8,9被设置成借助在基体6和盖体7上分别形成的贯通孔或槽,用作燃料气体例如富含氢的改性气体或者氧化剂气体例如空气等的向电解质构件3供给的流体的通路,或者用作由反应生成的水等的在反应后从电解质构件3排出的流体的流路。
在基体6和盖体7上形成的贯通孔或槽,作为第1流体流路8和第2流体流路9,可以按照燃料电池1的规格决定贯通孔的直径、数目或槽的宽度、深度、配置使均匀地向电解质构件3供给燃料气体、氧化剂气体等流体,最好例如开口的宽度为1mm,深度为0.2mm,进而可使开口宽小达100μm而增加开口个数,也能提高流体的均匀供给性。
本发明的燃料电池1的燃料供给法是在基体6或盖体7上制作贯通孔或槽,用它进行燃料、空气的供给。
在本发明的燃料电池用容器2和燃料电池1中,第1流体流路8和第2流体流路9,为了用均匀的压力使流体流到电解质构件3,最好开口的宽度为1mm,深度为0.2mm,进而开口宽度小至100μm也可以。
这样一来,通过与电解质构件3的形成有第1电极4的下侧主面相对地形成第1流体流路8,与形成第2电极5的上侧主面相对地形成第2流体电路9,流体能在电解质构件3的下面与上侧主面和第1与第2流体流路8、9之间互换,通过各自的流路供给或排出该流体。而且,如果是例如作为流体供给气体的情况,不会使分别向电解质构件3的第1电极4和第2电极5供给的气体分压下降,能获得规定的稳定的输出电压。进而为使所供给的气体分压稳定,使燃料电池1的内部压力均匀,结果,由于能抑制在电解质构件3产生的热应力,所以能提高燃料电池1的可靠性。
凸部12在基体6和盖体7是相同形状。在本实施例中,凸部12分别设置在位于上侧的单元体13的基体6上和与其邻接的下侧的单元体13的盖体7上。进而更详细地说,设置在上侧单元体13的凸部12设置成从接近下侧单元体13那侧的基体6的侧部向外方突出。设置在下侧的单元体13的凸部12设置成从与上侧的单元体13接近的盖体7的侧部向外方突出。设置在上、下单元体13上的凸部12互相邻接。上、下单元体13,为获得所要求的电压,将各单元体13层叠,用导电性构件18使第1布线导体10与第2布线导体11电连接,通过用粘接剂14固定凸部12,进行连接。结果,由于能减少集电板和紧固板等部件,因而成为低高度化的燃料电池。
在固定凸部12中使用的粘接剂14使用环氧系、硅酮系、变形聚氨酯系等树脂材料系。电解质构件3因无耐热性,其固化温度希望在200度以下,固化时间可以按照粘接剂14的规格决定。将用铁合金等制作的密封圈等粘合到凸部12周围上面,通过用焊料、银钎料等金属接合材料的接合,用缝焊、电子束、激光等进行熔接的方法等,也可以瞬间地不增加温度负载地接合到电解质构件3上。
设置在上侧的单元体13的基体6上的第1布线导体10和设置在下侧的单元体13的盖体7上的第2布线导体11使用导电性构件18进行粘结。
该导电性构件18使用铜箔粘着带、铝箔粘着带等带或者配合导电填料的环氧系、变形聚氨酯系、硅酮系、聚酰亚氨系、丙烯酸系等树脂材料的粘接剂。进而也可以挟持金属板、网状金属等进行接触连接。导电性构件18的电阻最好在10mΩ/cm2以下,进而如是1mΩ/cm2,则能减少电压损失。
按照以上的结构,能获得图1所示这样的能收容电解质构件3的,小型而坚固的燃料电池用容器2,能获得可高效控制的本发明的燃料电池1。
其次,图2是表示本发明的第2实施例的燃料电池用容器和使用它的燃料电池的剖面图。在该图中,1A-燃料电池、2A-燃料电池用容器、3-电解质构件、4-第1电极、5-第2电极、6a-基体、7a-盖体、8-第1流体流路、9-第2流体流路、10a-第3布线导体、11a-第4布线导体、12-凸部、13a-单元体、14-粘接剂、15-第5布线导体。在本实施例中,与上述实施例的结构对应的部分给予相同的参照符号,省略其说明。
燃料电池用容器2A是将多个单元体13a互相叠合而构成。各单元体13a由有多个凹部的基体6a和盖体7a构成,用与上述实施例的基体6和盖体7同样的陶瓷材料构成。为了通过覆盖各凹部将盖体7a粘合到基体6a各凹部的周围,以使各凹部气密密封,借助用焊料、银钎料等金属接合材料的接合、用环氧等树脂材料的接合,将用铁合金等制作的密封圈等接合到基体6a的各凹部周围的上面并通过缝焊、电子束、激光等进行熔接的方法等,使盖体7a粘合到基体6a上。也可以将与基体6a同样的凹部形成在盖体7a上。
基体6a和盖体7a,为使燃料电池1A能低高度化,分别使其厚度变薄,作为机械强度的弯曲强度最好在200Mpa以上。基体6a和盖体7a最好用由例如相对密度在90%以上的致密物质构成的氧化铝烧结体形成。
第3布线导体10a和第4布线导体11a分别与电解质构件3的第1电极4和第2电极5电连接,有作为用以向燃料电池用容器2A的外部取出在电解质构件3发电的电流的导电电路的功能,兼有现有的集电板的功能。
第3布线导体10a,一端配置在基体6a各凹部底面的与电解质构件3的第1电极4相对的部位,另一端向基体6a的外面导出而形成。该第3布线导体10a与第1布线导体10一样,与基体6a一体地形成,希望形成的第3布线导体10a能容易地与第1电极4接触,并距基体6a凹部的底面10μm以上高。为了获得该高度,如上所述,在印刷涂布导体料浆而形成时,可以设定印刷条件使涂布厚度加厚。第3布线导体10a与第1电极4相对配置多个,希望减少第3布线导体10a导致的电损失,对于第3布线导体10a的基体6a的贯通部,其直径最好在50μm以上。
第4布线导体11a,一端配置在盖体7a下面的与电解质构3的第2电极5相对的部位,另一端向盖体7a的外面导出而形成。
该第4布线导体11a与第2布线导体11一样,与盖体7a一体地形成,希望形成得其一端与第2电极5容易接触,距盖体7a的下面要有10μm以上的高度。为了获得该高度,如上所述,在印刷涂布导体料浆而形成时,可以设定印刷条件使之涂布厚度加厚。第4布线导体11a与第2布线导体5相对配置多个,希望减少第4布线导体11a造成的电损失,对于第4布线导体11a的盖体7a的贯通部,其直径最好在50μm以上。
第5布线导体15的构成使其连接位于多个凹部底面的彼此第3布线导体10a。即,第5布线导体15形成在基体6a上,一端在一方的凹部的底面和与电解质构件3的第1电极4相对的第3布线导体10a连接,同时另一端在另一方的凹部的底面和与电解质构件3的第1电极4相对的第3布线电极10a连接。因此,能将收容在各单元体13a的各凹部中的电解质构件3并联连接。
上下单元体13a是将各单元体13a叠合以获得所要求的电压,使用作为导电性构件的第5布线导体15将第3布线导体10a和第4布线导体11a进行电连接,通过使用粘接剂14固定凸部12进行连接。结果,由于能减少集电板、紧固板等部件,能使燃料电池1A低高度化。
使用作为导电性构件的第5布线导体15,将设置在上侧单元体13a的基体6a上的第3布线导体10a和设置在下侧单元体13a的盖体7a上的第4布线导体11a进行接合。
按照以上构成,能获得图2所示的能收容电解质构件3的小型坚固的燃料电池用容器2A,能获得可高效率控制的本发明的燃料电池1A。
下面图3是表示本发明第3实施例的燃料电池用容器和使用它的燃料电池的剖面图。在该图中,1B-燃料电池、2B-燃料电池用容器、3-电解质构件、4-第1电极、5-第2电极、6b-基体、7b-盖体、8-第1流体流路、9-第2流体流路、10b-第6布线导体、11b-第7布线导体、12-凸部、13b单元体、14-粘接剂、16-第8布线导体、17-第9布线导体。在本实施例中,与上述实施例的构成对应的部分给予相同的参照符号,说明从略。
燃料电池用容器2B,将多个单元体13b相互叠合而构成。各单元体13b由有多个凹部的基体6b和盖体7b构成,用与上述实施例的基体6,6a和盖体7,7a同样的陶瓷材料形成。为了覆盖各凹部将盖体7b粘合到基体6b各凹部的周围以气密密封各凹部,通过用焊料、银钎料等金属接合材料的接合,用环氧等树脂材料的接合、将用铁合金等制成的密封圈等粘合到基体6b各凹部的周围上面并用缝焊、电子束、激光等进行熔接的方法等,使盖体7b粘合到基体6b上。在盖体7b上也可以形成与盖体6b同样的凹部。
基体6b和盖7b为了能使燃料电池1B低高度化而使它们分别变薄,作为它们的机械强度的弯曲强度最好在200MPa以上。基体6b和盖体7b最好用由例如相对密度在90%以上的致密物质构成的氧化铝烧结体形成。
第6布线导体10b和第7布线导体11b分别与电解质构件3的第1电极4和第2电极5电连接,具有用以向燃料电池用容器2B的外部取出在电解质构件3发电的电流的作为导电电路的功能,兼有现有的集电板的功能。
第6布线导体10b,其一端配置在基体6b各凹部底面的与电解质构件3的第1电极4相对的部位,另一端向基体6b的外面导出而形成。该第6布线导体10b与第1布线导体10一样,与基体6b一体地形成,希望形成得使第6布线导体10b容易与第1电极4接触,距基体6b凹部底面高10μm以上。为了获得该高度,如前所述,可以设定印刷条件在印刷涂布导体料浆形成时使涂布厚度增厚。第6布线导体10b与第1电极4相对并配置多个,希望减少第6布线导体10b导致的电损失,对于第6布线导体10b的基体6b的贯通部,其直径最好在50μm以上。
第7布线导体11b,其一端配置在盖体7b下面的与电解质构件3的第2电极5相对应的部位,另一端向盖体7b的外面导出而形成。该第7布线导体11b与第2布线导体11同样与盖体7b一体地形成,希望形成得使第7布线导体11b容易与第2电极5接触,并距盖体7b的面高10μm以上。为获得该高度,如上所述,在印刷涂布导体料浆形成时,可以设定印刷条件使涂布厚度增加。第7布线导体11b与第2电极5相对并配置多个,希望减少第7布线导体11b导致的电损失,对于第7布线导体11b的盖体7b的贯通部来说,其直径最好在50μm以上。
第8布线导体16设置在下侧的单元体13b上,其一端在一方凹部的底面与和电解质构件3的第1电极4相对的第6布线导体10b连接而另一端向基体6b的粘合着盖体7b的上面导出。第9布线导体17设置在上侧的单元体13b上,其一端与和另一方的凹部的电解质构件3的第2电极5相对的第7布线导体11b连接,同时另一端在基体6b上面的粘合着盖体7b的下面导出使之与第8布线导体16的另一端相对。连接用布线导体19被形成为使之贯通上侧单元体13b的基体6b和下侧单元体13b的盖体7b,使第8布线导体16的另一端与第9布线导体17的另一端电连接。
上下单元体13b,将各单元体13b叠合以获得所希望的电压,使用导电性构件18将上侧单元体13b一侧的第6布线导体10b和下侧单元体13b一侧的第7布线导体11b电连接,同时使用导电性构件18将上侧单元体13b另一侧的第6布线导体10b和下侧单元体13b另一侧的第7布线导体11b电连接,使用连接用布线导体19将第8布线导体16的另一端与第9布线导体17的另一端电连接,借助使用粘接剂14固定凸部12进行连接。因此,能将各单元体13b的各凹部中收容的电解质构件3串联连接。结果,由于减少了集电板和紧固板等部件,而成为低高度化的燃料电池1B。
使用导电性构件18粘合设置在上侧单元体13b的基体6b上的第6布线导体10b和设置在下侧单元体13b的盖体7b的第7布线导体11b。
按照以上的构成获得图3所示的,能收容电解质构件3的小型坚固的燃料电池用容器2B,获得能高效控制的本发明的燃料电池1B。
在本实施例中,虽然在燃料电池用容器2B,使用2个单元体13b串联连接4个电解质构件3,但也可以串联连接各单元体13b的2个电解质构件3。这时一侧的电解质构件3的第1电极4和一侧的第6布线导体10b的连接,一侧的第6布线导体10b与第8布线导体16的一端连接,另一侧的电解质构件3的第2电极5与另一侧的第7布线导体11b连接,另一侧的第7布线导体11b与第9布线导体17的一端连接,第8布线导体16的另一端与第9布线导体17的另一端连接。由此,串联连接1个单元体内的各电解质构件3。
通过将这样的单元体多个叠合可以构成燃料电池用容器和燃料电池。这时,通过连接一个单元体的另一侧的第6布线导体10b和另一个单元体的一侧的第7布线导体11b,这些单元体的电解质构件3被串联连接。
如图1、图2和图3所示,如按照本发明的燃料电池用容器2、2A、2B和燃料电池1、1A、1B,将电解质构件3收容在有多个凹部的基体6、6a、6b的每个凹部中,同时经过邻接的凹部的端部间配置第5布线导体15或第8布线导体16与第9布线导体17,使多个电解质构件3的第1电极4之间或者第1电极4与第2电极5之间进行电连接,使第1布线导体10、第3布线导体10a或第6布线导体10b以及第2布线导体11、第4布线导体11a或第7布线导体11b分别进行电连接,以便在配置于成为两端的位置的电解质构件3取出作为整体的输出。因此,由于能将第1与第2布线导体10、11和第3、第4与第5布线导体10a、11a、15以及第6、第7、第8与第9布线导体10b、11b、16、17按三维自由布线,所以能够将多个电解质构件3任意地串联或并联连接。结果,由于能高效地调整总体的输出电压和输出电流,从而获得能良好地向外部取出由多个电解质构件3电化学生成的电能的燃料电池。
本发明不限于以上的实施例,只要在不超过本发明精神的范围,即使进行各种变更也无任何妨碍。例如,在第1流体流路或第2流体流路的流入口和排出口,为使燃料电池整体薄型化,也可以将金属导管等设置在基体或盖体的侧面。如果这样,特别在使之小型化,用于便携式电子机器方面是有效的。进而对于第1与第2布线导体或者第6与第7布线导体来说,也可以这样配置,而将向基体与盖体外面导出的另一端在各个相同侧的侧面引出。如果这样,能将布线或流路等汇集在燃料电池的一侧面,使小型化和保护向外部的接合部变得容易,能进行高可靠性的设计,获得能长期稳定工作的燃料电池。
在本实施例中,虽然使用2个单元体构成燃料电池用容器,但不限于此,也可以使用3个以上的单元体构成燃料电池用容器。
本发明的燃料电池具体地说是装入以便携式电话、PDA(PersonalDigital Assistants)、数字照相机、电视摄象机、游戏机等便携式电子机器、笔记本PC(个人计算机)为代表的手提式打印机、传真机、电视、通信机器、声频视频机器、电风扇等各种家电产品、电动工具等电子机器中作为电源,使用本发明的燃料电池1的电子机器,由于由陶瓷构成的基体和盖体与使用现有的碳铸型材料比较强度大,所以能薄型化,能使基体和盖体的电阻下降,结果,电压损失减少,有能提供一种发电效率高的可长期稳定工作的电子机器这样的优点。
因为不使用集电极或紧固板,而通过用粘合剂粘合凸部固定单元体,因而零部件数减少,能薄型化,在能够实现紧密性、简便性优良,电子机器本体小型、薄型和轻量化的同时,还具有由于便携电话机主体掉落而施加冲击时的耐冲击性和防水性比现有设备更强牢固的结构这样的优点。
在本发明的燃料电池和燃料电池容器中,在使外部连接端子等一体化并成为自由拆卸的结构的情况下,准备备用的本发明的燃料电池和燃料电池容器,在发生电池切断时,有无须充电时间,即使在停电等紧急情况或在屋外都能使用的优点。
本发明在不离开其精神或主要特征,能实施其它各种各样的形态。因而上述实施例在所有方面只不过是例示,本发明的范围是示于所要求保护的范围,在说明书中无任何约束。
Claims (19)
1.一种燃料电池用容器(2),包括互相叠合的多个单元体(13),其特征在于,各单元体(13)具备:
基体(6),在一侧有收容电解质构件(3)的凹部并由陶瓷构成,所述的电解构件(3)在一方主面和另一方主面上分别有第1电极(4)和第2电极(5);
第1流体流路(8),从与上述电解质构件(3)的上述的一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体(6)的外面而形成;
第1布线导体(10),一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的上述凹部的底面,另一端引向上述基体(6)的外面而形成;
盖体(7),覆盖上述凹部并粘合到上述基体(6)的上述凹部周围的一方面上而气密密封上述凹部;
第2流体流路(9),从与上述电解质构件(3)的上述另一方主面相对的上述盖体的一方的面到上述盖体(7)的外面而形成;和
第2布线导体(11),一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第2电极(5)相对的上述盖体(7)的一方的面上,另一端向上述盖体(7)的外面导出,
另外,一方的单元体的上述第一布线导体(10)与被叠合并邻接的另一方单元体的第二布线导体(11)电连接,同时在上述单元体的侧面,凸部(12)形成在与邻接的上述单元体叠合的一侧的端部,邻接的上述凸部(12)之间被粘接。
2.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2),其特征在于,粘接上述凸部(12)之间的粘接剂(14),由热固化性树脂构成,其固化温度在200℃以下。
3.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2),其特征在于,上述基体(6)和盖体(7)的弯曲强度在200Mpa以上。
4.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2),其特征在于,上述基体(6)和盖体(7)的厚度是0.2~5mm。
5.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2),其特征在于,上述基体(6)和盖体(7)由相对密度在90%以上的氧化铝烧结体构成。
6.一种燃料电池用容器(2A),包括互相叠合的多个单元体(13a),其特征在于,各单元体(13a)具备:
基体(6a),在一方侧有收容电解质构件(3)的多个凹部并由陶瓷构成,所述的电解质构件(3)在一方主面与另一方主面上分别有第一电极(4)和第2电极(5);
第1流体流路(8),从与上述电解质构件(3)的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体(6a)外面而形成;
第3布线导体(10a),一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的上述凹部的底面,另一端向上述基体(6a)的外面导出;
盖体(7a),覆盖上述凹部并粘合在上述基体(6a)的上述凹部周围的一方的面上而气密密封上述凹部;
第2流体流路(9),从与上述电解质构件(3)的上述另一方主面相对的盖体(7a)的一方的面到上述盖体(7a)的外面而形成;
第4布线导体(11a),一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第2电极(5)相对的上述盖体(7a)的一方的面上,另一端向上述盖体(7a)的外面导出;和
第5布线导体(15),在上述基体(6a)上形成,一端在上述多个凹部中1个的底面与和上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的第3布线导体(10a)连接,同时另一端在上述多个凹部中另一个的底面与和上述电解质构件(3)的第1电极(4)相对的第3布线导体(10a)连接;
另外,一方单元体的上述第3布线导体(10a)与叠合并邻接的另一方单元体的上述第4布线导体(11a)电连接,同时在上述单元体的侧面,在与邻接的上述单元体叠合一侧的端部形成凸部(12),邻接上述凸部(12)之间被粘接。
7.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A),其特征在于,粘接上述凸部(12)之间的粘接剂(14),由热固化性树脂构成,其固化温度在200℃以下。
8.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A),其特征在于,上述基体(6a)和盖体(7a)的弯曲强度在200Mpa以上。
9.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A),其特征在于,上述基体(6a)和盖体(7a)的厚度是0.2~5mm。
10.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A),其特征在于,上述基体(6a)和盖体(7a)由相对密度在90%以上的氧化铝烧结体构成。
11.一种燃料电池用容器(2B),包括互相叠合的多个单元体(13b),其特征在于,各单元体(13b)具备:
基体(6b),在一方侧有多个收容电解质构件(3)的凹部并由陶瓷构成,所述的电解质构件(3)在一方主面与另一方主面上分别有第1电极(4)和第2电极(5);
第1流体流路(8),从与上述电解质构件(3)的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体(6b)的外面而形成。
第6布线导体(10b),一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的上述凹部的底面,另一端引向上述基体(6b)的外面而形成;
盖体(7b),覆盖上述凹部并粘合在上述基体(6b)的上述凹部周围的一方的面上而气密密封上述凹部;
第2流体流路(9),从与上述电解质构件(3)的上述另一方主面相对的上述盖体(7b)的一方的面到上述盖体(7b)的外面而形成;
第7布线导体(11b),一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第2电极(5)相对的上述盖体(7b)的一面,另一端向上述盖体(7b)的外面导出;
另外,该燃料电池用容器(2B)还具备:
第8布线导体(16),一端在上述多个凹部中一个的底面与和上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的第6布线导体(10b)连接,同时另一端向上述基体(6b)的粘合着上述盖体(7b)的一方的面导出;
第9布线导体(17),一端在上述盖体(7b)一方的面与和上述多个凹部中另一个的上述电池构件(3)的上述第2电极(5)相对的第7布线导体(11b)连接,同时另一端向粘结在上述基体(6b)的上述一面的上述盖体(7b)的一方的面导出使之与上述第8布线导体(16)的另一端相对;
另外,一方单元体的上述第6布线导体(10b)与叠合并邻接的另一方单元体的上述第7布线导体(11b)电连接,同时在上述单一体的侧面,在与邻接的上述单元体叠合的一侧的端部形成凸部(12),邻接的上述凸部(12)之间被粘接。
12.按照权利要求11所述的燃料电池用容器(2B),其特征在于,上述第8布线导体(16)设置在上述另一方的单元体(13b)上,上述第9布线导体(17)设置在上述一方的单元体(13b)上,通过连接用布线导体(19)连接上述第8布线导体(16)和上述第9布线导体(17)。
13.按照权利要求11所述的燃料电池用容器(2B),其特征在于,粘接上述凸部(12)之间的粘接剂(14),由热固化性树脂构成,固化温度在200℃以下。
14.按照权利要求11所述的燃料电池用容器(2B),其特征在于,上述基体(6b)和盖体(7b)的弯曲强度在200Mpa以上。
15.按照权利要求11所述的燃料电池用容器(2B),其特征在于,上述基体(6b)和盖体(7b)的厚度是0.2~5mm。
16.按照权利要求11所述的燃料电池用容器(2B),其特征在于,上述基体(6b)和盖体(7b)由相对密度在90%以上的氧化铝烧结体构成。
17.一种燃料电池(1),其特征在于,包括:在一方主面和另一方主面上分别有第1电极(4)和第2电极(5)的电解质构件(3),和权利要求1所述的燃料电池用容器(2),
上述电解质构件(3)收容在上述燃料电池用容器(2)的上述凹部,在该电解质构件(3)的上述一方主面与上述第1流体流路(8)之间和另一方主面与上述第2流体流路(9)之间,使各流体能互换地配置,同时分别使上述第1布线导体(10)与上述第1电极(4)电连接,使第2布线导体(11)与上述第2电极(5)电连接,覆盖上述凹部并将上述盖体(7)粘合到上述基体(6)的上述凹部周围的一方的面上。
18.一种燃料电池(1A),其特征在于,包括:在一方主面和另一方主面上分别有第1电极(4)和第2电极(5)的电解质构件(3)和上述权利要求6所述的燃料电池用容器(2A),
上述电解质构件(3)收容在上述燃料电池用容器(2A)的多个上述凹部中,在该电解质构件(3)的上述一方主面与上述第1流体流路(8)之间和另一方主面与第2流体流路(9)之间,使各流体能交换地配置,分别使上述第3布线导体(10a)与上述第1电极(4)电连接,使上述第4布线导体(11a)与上述第2电极(5)电连接,使上述第5布线导体(15)与上述第3布线导体(10a)电连接,将上述盖体(7a)覆盖上述凹部并粘合在上述基体(6a)的上述凹部周围的一方的面上。
19.一种燃电池(1B),其特征在于,包括:在一方主面和另一方主面分别有第1电极(4)和第2电极(5)的电解质构件(3)和权利要求11中所述的燃料电池用容器(2B),
上述电解质构件(3)收容在上述燃料电池用容器(2B)的多个上述凹部中,在该电解质构件(3)的上述一方主面与上述第1流体流路(8)之间和另一方主面与上述第2流体流路(9)之间,使各流体能互换地配置,同时分别使上述第6布线导体(10b)与上述第1电极(4)电连接,使上述第7布线导体(11b)与上述第2电极(5)电连接,使上述第8布线导体(16)的一端与上述第6布线导体(10b)电连接,使第9布线导体(17)的一端与上述第7布线导体(11b)电连接,在上述基体(6b)的上述凹部周围一方的面上覆盖上述凹部,同时连接上述第8和第9布线导体(16,17)的上述另一端并粘结上述盖体(7b)。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107069060A (zh) * | 2016-02-05 | 2017-08-18 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池单元及燃料电池单元的制造方法 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100530803C (zh) * | 2004-04-26 | 2009-08-19 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池模组 |
JP5068656B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2012-11-07 | 京セラ株式会社 | 燃料電池及び当該燃料電池を備えた電子機器 |
WO2007114175A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Kyocera Corporation | 燃料電池及び当該燃料電池を備えた電子機器 |
JP5157095B2 (ja) * | 2006-07-13 | 2013-03-06 | カシオ計算機株式会社 | 両面セパレータと、これを用いた燃料電池セル構造および燃料電池セルスタック |
US20080087336A1 (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Fluid-processing apparatus and fluid-processing system |
US9379393B2 (en) * | 2006-12-26 | 2016-06-28 | Nanotek Instruments, Inc. | Carbon cladded composite flow field plate, bipolar plate and fuel cell |
DE102007007533B3 (de) * | 2007-02-15 | 2008-07-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung von Gasdiffusionsschichten, derart hergestellte Gasdiffusionsschichten und diese enthaltende Brennstoffzellen |
US7862627B2 (en) * | 2007-04-27 | 2011-01-04 | Front Edge Technology, Inc. | Thin film battery substrate cutting and fabrication process |
DE102009016635A1 (de) * | 2009-04-08 | 2010-10-14 | Elcomax Gmbh | Bipolarplatte für Brennstoff- oder Elektrolysezellen |
JP5741689B2 (ja) * | 2011-07-08 | 2015-07-01 | 株式会社村田製作所 | 全固体電池およびその製造方法 |
JP5999477B2 (ja) * | 2012-05-23 | 2016-09-28 | スズキ株式会社 | 燃料電池車両 |
FR3069107B1 (fr) * | 2017-07-13 | 2022-01-14 | Commissariat Energie Atomique | Plaque de maintien de cellule electrochimique a etancheite amelioree |
DE102020133770A1 (de) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Anordnung elektrochemischer Zellen |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3907485A1 (de) | 1989-03-08 | 1990-09-20 | Asea Brown Boveri | Brennstoffzellenanordnung |
JPH04322064A (ja) * | 1991-04-23 | 1992-11-12 | Hitachi Ltd | 燃料電池の側面保温体の支持構造 |
US5547777A (en) * | 1994-02-23 | 1996-08-20 | Richards Engineering | Fuel cell having uniform compressive stress distribution over active area |
JPH0817451A (ja) * | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池 |
US5863671A (en) * | 1994-10-12 | 1999-01-26 | H Power Corporation | Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management |
US5733675A (en) | 1995-08-23 | 1998-03-31 | Westinghouse Electric Corporation | Electrochemical fuel cell generator having an internal and leak tight hydrocarbon fuel reformer |
US5905000A (en) * | 1996-09-03 | 1999-05-18 | Nanomaterials Research Corporation | Nanostructured ion conducting solid electrolytes |
CA2266777A1 (en) | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Charles A. Hager | An electrochemical fuel cell generator having an internal and leak tight hydrocarbon fuel reformer |
JPH10106604A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池 |
FR2781606B1 (fr) * | 1998-07-21 | 2000-10-13 | Sorapec | Nouveau collecteur bipolaire pour pile a combustible |
US6387557B1 (en) * | 1998-10-21 | 2002-05-14 | Utc Fuel Cells, Llc | Bonded fuel cell stack assemblies |
AU2291201A (en) * | 1999-12-22 | 2001-07-03 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell design using a bipolar plate |
JP4774570B2 (ja) | 2000-03-22 | 2011-09-14 | アイシン精機株式会社 | 固体高分子電解質型燃料電池およびその製造方法 |
EP1342282A4 (en) | 2000-11-14 | 2008-01-02 | Univ California | DIRECT-AIR METHANOL FUEL CELL |
JP3898454B2 (ja) * | 2001-03-06 | 2007-03-28 | シャープ株式会社 | 固体高分子型燃料電池 |
JP4000790B2 (ja) * | 2001-06-08 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | シール構造を有する燃料電池 |
JP4042101B2 (ja) * | 2001-07-06 | 2008-02-06 | ソニー株式会社 | 燃料電池および燃料電池を用いた電力供給方法 |
AUPR636601A0 (en) * | 2001-07-13 | 2001-08-02 | Ceramic Fuel Cells Limited | Seal for a fuel cell stack |
US7018734B2 (en) * | 2001-07-27 | 2006-03-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Multi-element thin-film fuel cell |
CN1405915A (zh) * | 2001-08-16 | 2003-03-26 | 亚太燃料电池科技股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池的模块化电池单体及模块化电池单元 |
US6949307B2 (en) * | 2001-10-19 | 2005-09-27 | Sfco-Efs Holdings, Llc | High performance ceramic fuel cell interconnect with integrated flowpaths and method for making same |
JP3774434B2 (ja) * | 2002-12-24 | 2006-05-17 | 京セラ株式会社 | 燃料電池用容器および燃料電池 |
JP3894878B2 (ja) * | 2002-11-26 | 2007-03-22 | 京セラ株式会社 | 燃料電池用容器および燃料電池 |
JP3740459B2 (ja) | 2002-11-26 | 2006-02-01 | 京セラ株式会社 | 燃料電池用容器および燃料電池 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107069060A (zh) * | 2016-02-05 | 2017-08-18 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池单元及燃料电池单元的制造方法 |
CN107069060B (zh) * | 2016-02-05 | 2020-09-01 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池单元及燃料电池单元的制造方法 |
Also Published As
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