JP2002151134A - Flat arranged type electrochemical element unit - Google Patents

Flat arranged type electrochemical element unit

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JP2002151134A
JP2002151134A JP2000338727A JP2000338727A JP2002151134A JP 2002151134 A JP2002151134 A JP 2002151134A JP 2000338727 A JP2000338727 A JP 2000338727A JP 2000338727 A JP2000338727 A JP 2000338727A JP 2002151134 A JP2002151134 A JP 2002151134A
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JP
Japan
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electrode layer
fuel
oxygen
array type
fuel electrode
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JP2000338727A
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Japanese (ja)
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Koichi Tanaka
浩一 田中
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Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plane arranged electrochemical element unit enhancing the freedom of design by ensuring gas sealing ability of individual power generating element to prevent mixing of fuel and oxygen, and facilitating connection of electrode layers between adjacent power generating elements. SOLUTION: This flat electrochemical element unit is composed of a plurality of power generating elements 10. The power generating element 10 is formed by stacking a fuel electrode conductive porous plate 11, a fuel electrode layer 12, a proton conductor layer 13, an oxygen electrode layer 14, and an oxygen electrode conductive porous plate 15. The proton conductor layer 13 of each power generating element 10 is arranged on the same plane, and on one side of the proton conductor 13, the fuel electrode layer 12 of adjacent one power generating element 10 and the oxygen electrode layer 14 of the other power generating element 10 are alternately arranged on the same plane.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は平面配列型電気化学素子
ユニットに関し、特に、複数の発電素子が同一平面上に
配列され直列接続されて構成される平面配列型電気化学
素子ユニットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar array type electrochemical element unit, and more particularly to a planar array type electrochemical element unit in which a plurality of power generating elements are arranged on the same plane and connected in series.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池に代表される発電素子は、水素
と酸素から水を生成する電気化学反応によって発生する
電気エネルギーと熱エネルギーのうち、電気エネルギー
を利用するものである。また、固体高分子型は、プロト
ン伝導体層の固体高分子電解質膜を用いている。プロト
ン伝導体層を挟んで燃料電極層及び正極酸素極層の両電
極を配置し、燃料電極層側に燃料としての水素ガス等を
供給し、酸素電極層側に空気又は酸素を供給して電気化
学反応を起こさせることにより電力を取り出すことがで
きる。
2. Description of the Related Art A power generating element represented by a fuel cell utilizes electric energy among electric energy and heat energy generated by an electrochemical reaction for producing water from hydrogen and oxygen. The solid polymer type uses a solid polymer electrolyte membrane of a proton conductor layer. Both the fuel electrode layer and the cathode oxygen electrode layer are arranged with the proton conductor layer interposed therebetween, and hydrogen gas or the like as fuel is supplied to the fuel electrode layer side, and air or oxygen is supplied to the oxygen electrode layer to supply electricity. Electric power can be extracted by causing a chemical reaction.

【0003】単一の発電素子が発生する電力は僅かであ
るため、複数の発電素子を直列に接続して、所望の電力
を得ている。ここで、複数の発電素子が互いに平面状に
隣合って接続されてなる平面配列型電気化学素子ユニッ
トは、複数の発電素子が互いに積層配列されたスタック
構造のような、縦、横、高さについて、ある程度の寸法
を備えた構造とは異なり、縦と横の寸法が強調された構
造であるため、高さ方向のスペースを要さず、小型化を
図ることができ、小型の機器に対しての搭載の自由度が
増す点で有利である。
Since a single power generating element generates a small amount of power, a plurality of power generating elements are connected in series to obtain a desired power. Here, a planar array-type electrochemical element unit in which a plurality of power generating elements are connected adjacent to each other in a planar manner has a vertical, horizontal, and height like a stack structure in which a plurality of power generating elements are stacked and arranged. In contrast to the structure with some dimensions, the vertical and horizontal dimensions are emphasized, so no space in the height direction is required, miniaturization can be achieved, and This is advantageous in that the degree of freedom of mounting is increased.

【0004】例えば、特開平4−206162号公報記
載の電気化学素子ユニットでは、2枚の絶縁性プレート
を互いに平行に配置し、絶縁性プレート間において酸素
電極層と、プロトン伝導体層と、燃料電極層とが積層構
造をなす発電素子を複数直列に接続している。ここで
は、複数の発電素子の隣り合う一の発電素子の層と他の
発電素子の層とが、積層方向と直交する層方向上に略同
一平面上に配列されており、具体的には、一の発電素子
の燃料電極層は、隣の発電素子の燃料電極層と同一平面
状に並んで配置され、一の発電素子のプロトン伝導体層
は、隣の発電素子のプロトン伝導体層と同一平面状に並
んで配置され、一の発電素子の酸素電極層は、隣の発電
素子の酸素電極層と同一平面状に並んで配置されてい
る。そして、一の発電素子の燃料電極層と他の発電素子
の酸素電極層とは、接続ケーブルを介して、プロトン伝
導体層の配置された平面を横切る状態で電気的に接続さ
れている。
For example, in an electrochemical device unit described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-206162, two insulating plates are arranged in parallel with each other, and an oxygen electrode layer, a proton conductor layer, a fuel A plurality of power generating elements having a laminated structure with the electrode layer are connected in series. Here, a layer of one power generation element adjacent to the plurality of power generation elements and a layer of another power generation element are arranged on substantially the same plane in a layer direction orthogonal to the lamination direction, and specifically, The fuel electrode layer of one power generation element is arranged in the same plane as the fuel electrode layer of the next power generation element, and the proton conductor layer of one power generation element is the same as the proton conductor layer of the next power generation element. The oxygen electrode layers of one power generation element are arranged side by side on the same plane as the oxygen electrode layer of the adjacent power generation element. The fuel electrode layer of one power generation element and the oxygen electrode layer of another power generation element are electrically connected via a connection cable in a state of crossing the plane on which the proton conductor layers are arranged.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の平面配
列型電気化学素子ユニットでは、接続ケーブルによっ
て、プロトン伝導体層の配置された平面を横切る状態
で、一の発電素子の燃料電極層と他の発電素子の酸素電
極層とが接続されており、ユニットを製造する上で工程
が複雑になっていた。又、各発電素子間に接続ケーブル
を配置する必要があるため、発電素子間に所定のスペー
スを確保する必要があり、ユニットの小型化を図ること
が困難であった。
However, in the conventional planar array type electrochemical element unit, the connecting electrode crosses the fuel electrode layer of one power generating element and the other in a state of crossing the plane where the proton conductor layer is arranged. Is connected to the oxygen electrode layer of the power generating element, and the process becomes complicated in manufacturing the unit. Further, since it is necessary to arrange a connection cable between the power generating elements, it is necessary to secure a predetermined space between the power generating elements, and it has been difficult to reduce the size of the unit.

【0006】そこで本発明は、個々の発電素子のガスシ
ール性を確保して燃料と酸素との混合を防止することで
設計自由度を高めることができ、且つ、隣接する発電素
子間の電極層の接続を容易にする平面配列型電気化学素
子ユニットを提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can increase the degree of freedom in design by ensuring gas sealing properties of individual power generating elements to prevent mixing of fuel and oxygen, and to provide an electrode layer between adjacent power generating elements. It is an object of the present invention to provide a planar array type electrochemical element unit which facilitates connection of the elements.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、酸素電極層とプロトン伝導体層と燃料電
極層とが積層構造をなし、該酸素電極層と該燃料電極層
との間に該プロトン伝導体層が位置する発電素子が複数
設けられ、隣り合う一の該発電素子の層と他の該発電素
子の層とが、積層方向と直交する層方向に略同一平面上
に配列されて直列接続され、該一の発電素子の該プロト
ン伝導体層と該他の発電素子の該プロトン伝導体層とが
同一平面上に配列される平面配列型電気化学素子ユニッ
トにおいて、該プロトン伝導体層の一方の側において、
略同一平面上に該一の発電素子の該燃料電極層と該他の
発電素子の該酸素電極層とが交互に配置され、該プロト
ン伝導体層の他方の側において、略同一平面上に該一の
発電素子の該酸素電極層と該他の発電素子の該燃料電極
層とが交互に配置されている平面配列型電気化学素子ユ
ニットを提供している。
In order to achieve the above object, the present invention relates to an oxygen electrode layer, a proton conductor layer, and a fuel electrode layer having a laminated structure, wherein the oxygen electrode layer, the fuel electrode layer, A plurality of power generating elements in which the proton conductor layer is located are provided, and the layer of one adjacent power generating element and the layer of another power generating element are substantially coplanar in a layer direction orthogonal to the laminating direction. Are arranged in series, and the proton conductor layer of the one power generation element and the proton conductor layer of the other power generation element are arranged on the same plane. On one side of the proton conductor layer,
The fuel electrode layers of the one power generation element and the oxygen electrode layers of the other power generation elements are alternately arranged on substantially the same plane, and on the other side of the proton conductor layer, There is provided a planar array type electrochemical element unit in which the oxygen electrode layers of one power generation element and the fuel electrode layers of the other power generation elements are alternately arranged.

【0008】ここで、少なくとも一の該発電素子の該燃
料電極層には、燃料透過性の燃料電極導電性多孔質板が
該燃料電極層に電気的に接続された状態で設けられ、該
一の発電素子に隣接配置された他の該発電素子の該酸素
電極層には、酸素透過性の酸素電極導電性多孔質板が該
酸素電極層に電気的に接続された状態で設けられ、該燃
料電極導電性多孔質板と該酸素電極導電性多孔質板とは
接続部で電気的に接続され、該接続部は、該燃料電極導
電性多孔質板中を透過する燃料と該酸素電極導電性多孔
質板中を透過する酸素との混合を遮断する遮断部をなす
ことが好ましい。
Here, a fuel-permeable fuel electrode conductive porous plate is provided on the fuel electrode layer of at least one of the power generating elements in a state of being electrically connected to the fuel electrode layer. In the oxygen electrode layer of another power generation element disposed adjacent to the power generation element, an oxygen-permeable oxygen electrode conductive porous plate is provided in a state electrically connected to the oxygen electrode layer, The fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are electrically connected at a connecting portion, and the connecting portion is connected to the fuel passing through the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate. It is preferable to form a blocking section for blocking mixing with oxygen permeating the porous porous plate.

【0009】又、該燃料電極層の内部には水素吸蔵体が
充填されていることが好ましい。
It is preferable that the inside of the fuel electrode layer is filled with a hydrogen storage material.

【0010】又、該接続部は、気体が通過不能な非多孔
質材料によって構成されていることが好ましい。
Preferably, the connecting portion is made of a non-porous material through which gas cannot pass.

【0011】又、該燃料電極導電性多孔質板又は該酸素
電極導電性多孔質板は、カーボン布で構成されているこ
とが好ましい。
The fuel electrode conductive porous plate or the oxygen electrode conductive porous plate is preferably made of carbon cloth.

【0012】又、該燃料電極導電性多孔質板又は該酸素
電極導電性多孔質板は、耐酸性の金属網で構成されてい
ることが好ましい。
It is preferable that the fuel electrode conductive porous plate or the oxygen electrode conductive porous plate is formed of an acid-resistant metal net.

【0013】又、該燃料電極導電性多孔質板又は該酸素
電極導電性多孔質板は、発泡メタルで構成されているこ
とが好ましい。
The fuel electrode conductive porous plate or the oxygen electrode conductive porous plate is preferably made of a foamed metal.

【0014】又、該燃料電極導電性多孔質板と該酸素電
極導電性多孔質板とは、同一平面上に配列され、一体で
あることが好ましい。
Preferably, the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are arranged on the same plane and are integrated.

【0015】又、該接続部は非多孔質化されてなること
が好ましい。
Preferably, the connecting portion is made non-porous.

【0016】又、該燃料電極層は燃料透過性の多孔質基
体により構成され、該酸素電極層は酸素透過性の多孔質
基体により構成され、少なくとも一の該発電素子の該燃
料電極層と、該一の発電素子に隣接配置された他の該発
電素子の該酸素電極層とは、接続部で電気的に接続さ
れ、該接続部は、該燃料電極層中を透過する燃料と、該
酸素電極層中を透過する酸素との混合を遮断する遮断部
をなすことが好ましい。
The fuel electrode layer is constituted by a fuel-permeable porous substrate, and the oxygen electrode layer is constituted by an oxygen-permeable porous substrate. The oxygen electrode layer of another power generation element disposed adjacent to the one power generation element is electrically connected at a connection portion, and the connection portion is formed by a fuel that passes through the fuel electrode layer and the oxygen gas. It is preferable to form a blocking portion that blocks mixing with oxygen that passes through the electrode layer.

【0017】又、該接続部は、気体が通過不能な非多孔
質材料によって構成されていることが好ましい。
Preferably, the connecting portion is made of a non-porous material through which gas cannot pass.

【0018】又、該燃料電極層と該酸素電極層とは、同
一平面に配列され、一体であることが好ましい。
Preferably, the fuel electrode layer and the oxygen electrode layer are arranged on the same plane and are integrated.

【0019】又、該接続部は非多孔質化されてなること
が好ましい。
Preferably, the connecting portion is made non-porous.

【0020】又、該プロトン伝導体層は、炭素を主成分
とする炭素質材料を母体としプロトン解離性の基が導入
されてなるプロトン伝導体を含むことが好ましい。ここ
で、「プロトンの解離」とは、電離によってプロトン
(H)が離脱することを意味し、「プロトン解離性の
基」とは、電離によってプロトンが離れ得る官能基を意
味する。
The proton conductor layer preferably contains a proton conductor having a carbonaceous material containing carbon as a main component and having a proton-dissociable group introduced therein. Here, “proton dissociation” means that protons (H + ) are dissociated by ionization, and “proton dissociable group” means a functional group from which protons can be dissociated by ionization.

【0021】又、該プロトン伝導体層はパーフルオロス
ルホン酸樹脂からなるプロトン伝導体を含むことが好ま
しい。
Further, the proton conductor layer preferably contains a proton conductor made of a perfluorosulfonic acid resin.

【0022】又、該プロトン伝導体層は水管理を必要と
しない電解質膜により構成されていることが好ましい。
水管理を必要としない電解質膜とは、より具体的には、
内部加湿型固体高分子膜やプロトン伝導性無機化合物を
添加したポリマー膜等を意味する。
Further, the proton conductor layer is preferably formed of an electrolyte membrane which does not require water management.
The electrolyte membrane that does not require water management is more specifically
It refers to an internally humidified solid polymer membrane, a polymer membrane to which a proton conductive inorganic compound is added, and the like.

【0023】又、該燃料電極層には、該燃料電極層へ燃
料を供給するための燃料供給部が設けられた絶縁性プレ
ートが対向して配置されていることが好ましい。
Further, it is preferable that an insulating plate provided with a fuel supply portion for supplying fuel to the fuel electrode layer is opposed to the fuel electrode layer.

【0024】又、該燃料供給部は、水素を供給するため
の水素供給路からなることが好ましい。
Preferably, the fuel supply section comprises a hydrogen supply path for supplying hydrogen.

【0025】又、該燃料供給部は、水素吸蔵体を有して
いることが好ましい。水素吸蔵体は、より具体的には、
カーボン系フラーレン若しくはナノチューブ若しくはナ
ノファイバー、又は水素吸蔵合金からなる。
It is preferable that the fuel supply section has a hydrogen storage. More specifically, the hydrogen storage body
It is made of carbon-based fullerene, nanotube or nanofiber, or hydrogen storage alloy.

【0026】又、該絶縁性プレートには、燃料電極層の
略全体に燃料を接触させるための蛇行型経路が形成され
ていることが好ましい。
Further, it is preferable that a meandering path for contacting fuel with substantially the entire fuel electrode layer is formed in the insulating plate.

【0027】又、該酸素電極層には、該酸素電極層に酸
素を接触可能とするための酸素進入路が形成された絶縁
性プレートが設けられていることが好ましい。
It is preferable that the oxygen electrode layer is provided with an insulating plate having an oxygen entrance path for allowing oxygen to contact the oxygen electrode layer.

【0028】又、該絶縁性プレートには、酸素電極層の
略全体に燃料を接触させるための蛇行型経路が形成され
ていることが好ましい。
It is preferable that the insulating plate has a meandering path for contacting the fuel with substantially the entire oxygen electrode layer.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による平面配
列型電気化学素子ユニット1について図1に基づき説明
する。平面配列型電気化学素子ユニット1は複数の発電
素子10を有している。各発電素子10は、それぞれ正
方形の板状をした燃料電極導電性多孔質板11、燃料電
極層12、プロトン伝導体層13、酸素電極層14、酸
素電極導電性多孔質板15を有しており、この順に積層
され、それぞれの平面が互いに接続された状態となって
いる。各層は正方形をしているため、各発電素子10
も、矢印Xの方向から見たときには正方形状をしてい
る。酸素電極層14と燃料電極層12との間では、プロ
トン伝導体層13を介して水素イオンたるプロトンが伝
導可能に構成されている。燃料電極導電性多孔質板1
1、酸素電極導電性多孔質板15は、それぞれ水素透過
性と酸素透過性とを備えたカーボン布によって構成され
ている。燃料電極導電性多孔質板11と燃料電極層12
との間、酸素電極層14と酸素電極導電性多孔質板15
との間は、それぞれ電気的に接続された状態となってい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A planar array type electrochemical element unit 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The planar array type electrochemical element unit 1 has a plurality of power generation elements 10. Each power generating element 10 includes a square-plate-shaped fuel electrode conductive porous plate 11, a fuel electrode layer 12, a proton conductor layer 13, an oxygen electrode layer 14, and an oxygen electrode conductive porous plate 15. The layers are stacked in this order, and the respective planes are connected to each other. Since each layer is square, each power generation element 10
Also have a square shape when viewed from the direction of arrow X. Between the oxygen electrode layer 14 and the fuel electrode layer 12, protons such as hydrogen ions can be conducted through the proton conductor layer 13. Fuel electrode conductive porous plate 1
1. The oxygen electrode conductive porous plate 15 is made of carbon cloth having hydrogen permeability and oxygen permeability. Fuel electrode conductive porous plate 11 and fuel electrode layer 12
Between the oxygen electrode layer 14 and the oxygen electrode conductive porous plate 15
Are electrically connected to each other.

【0030】燃料電極導電性多孔質板11の、燃料電極
層12と接続されている側とは反対側には、2つの側壁
部16Bと1つの底面部16Aとからなり断面が略コの
字形状をした絶縁性プレート16が設けられている。絶
縁性プレート16は、樹脂製シートにより構成されてい
る。絶縁性プレート16は、燃料電極導電性多孔質板1
1に直接対向する位置に設けられており、燃料電極層1
2に対しては、間接的に対向する位置関係となってい
る。絶縁性プレート16をなす2つの側壁部16Bの端
部の一端であって、底面部16Aと接続されていない端
部は、燃料電極導電性多孔質板11に接続されている。
絶縁性プレート16に対向している燃料電極導電性多孔
質板11の面と、絶縁性プレート16の2つの側壁部1
6B及び底面部16Aとによって、大気に対して閉ざさ
れた空間が画成されており、この空間は水素供給路をな
す。水素供給路から供給されてきた水素は、燃料電極導
電性多孔質板11中を通過し燃料電極層12に接触可能
に構成されている。
On the opposite side of the fuel electrode conductive porous plate 11 from the side connected to the fuel electrode layer 12, there are two side walls 16B and one bottom surface 16A, and the cross section is substantially U-shaped. An insulating plate 16 having a shape is provided. The insulating plate 16 is made of a resin sheet. The insulating plate 16 is a fuel electrode conductive porous plate 1.
The fuel electrode layer 1 is provided at a position directly facing the fuel electrode layer 1.
2 has an indirectly opposed positional relationship. One end of the ends of the two side walls 16B constituting the insulating plate 16 and not connected to the bottom surface 16A is connected to the fuel electrode conductive porous plate 11.
The surface of the fuel electrode conductive porous plate 11 facing the insulating plate 16 and the two side walls 1 of the insulating plate 16
A space closed to the atmosphere is defined by 6B and the bottom surface 16A, and this space forms a hydrogen supply path. The hydrogen supplied from the hydrogen supply passage is configured to pass through the fuel electrode conductive porous plate 11 and contact the fuel electrode layer 12.

【0031】酸素電極導電性多孔質板15の、酸素電極
層14と接続されている側に対する反対側には、発電素
子10をなす層の積層方向に延出する4つの側壁部17
Aからなる絶縁性プレート17が設けられている。絶縁
性プレート17は、外部が四角柱形状の筒状をなしてお
り、軸方向が発電素子10をなす層の積層方向を指向し
ているため、積層方向に延出する状態となっている。絶
縁性プレートの一端には開口が形成されており、他端は
酸素電極導電性多孔質板15によって塞がれている。絶
縁性プレート17の一端に開口が形成されているため、
酸素電極導電性多孔質板15と、絶縁性プレート17を
なす4つの側壁部17Aとによって画成される空間は大
気と連通しており、酸素進入路をなしている。従って、
大気中の酸素は、この酸素進入路を通り、酸素電極導電
性多孔質板15を介して酸素電極層14に接触可能に構
成されている。絶縁性プレート17は、樹脂製シートに
より構成されている。
On the opposite side of the oxygen electrode conductive porous plate 15 from the side connected to the oxygen electrode layer 14, there are four side walls 17 extending in the stacking direction of the layers constituting the power generation element 10.
An insulating plate 17 made of A is provided. The outer surface of the insulating plate 17 is in the shape of a quadrangular prism, and its axial direction is oriented in the direction in which the layers forming the power generating element 10 are stacked. An opening is formed at one end of the insulating plate, and the other end is closed by an oxygen electrode conductive porous plate 15. Since an opening is formed at one end of the insulating plate 17,
The space defined by the oxygen electrode conductive porous plate 15 and the four side walls 17A forming the insulating plate 17 communicates with the atmosphere and forms an oxygen entrance path. Therefore,
Oxygen in the atmosphere is configured to be able to contact the oxygen electrode layer 14 via the oxygen electrode conductive porous plate 15 through the oxygen entry path. The insulating plate 17 is formed of a resin sheet.

【0032】燃料電極層12は、Pt担持カーボンとガ
ス拡散層としてのカーボンシートとが組合されて構成さ
れるか、又は、多孔質カーボンに、フラーレン誘導体系
のプロトン伝導体、より具体的には、ポリ水酸化フラー
レンが、炭素を主成分とする炭素質材料を母体としプロ
トン解離性の基が導入されてなるプロトン伝導体として
含浸させられることにより構成される。燃料電極層12
には水素供給路からの水素が接触し、水素からプロトン
たる水素イオンと電子とが発生する。フラーレン誘導体
系プロトン伝導体がイオン伝導体として用いられ燃料電
極層12に含浸させられるため、燃料無加湿状態におい
ても電極内のイオン伝導を良好に保つことができる。
又、白金触媒にフラーレン誘導体系プロトン伝導体をな
じませることができる。
The fuel electrode layer 12 is composed of a combination of Pt-supported carbon and a carbon sheet as a gas diffusion layer, or a porous carbon is provided with a fullerene derivative-based proton conductor, more specifically, The poly (fullerene hydroxide) is impregnated as a proton conductor having a carbonaceous material containing carbon as a main component and a proton dissociable group introduced therein. Fuel electrode layer 12
Is contacted with hydrogen from a hydrogen supply path, and hydrogen ions and electrons are generated from the hydrogen. Since the fullerene derivative-based proton conductor is used as the ion conductor and is impregnated in the fuel electrode layer 12, the ion conduction in the electrode can be kept good even in the non-humidified fuel state.
Further, a fullerene derivative-based proton conductor can be adapted to the platinum catalyst.

【0033】ここで用いられるフラーレン誘導体系プロ
トン伝導体は、球状クラスター分子をなすフラーレン分
子を母体とする。通常は、C36、C60、C70、C
76、C78、C80、C82、C84等から選ばれる
が、本実施の形態においてはC60及びC70が選ばれ
る。フラーレンの構成炭素原子にプロトン解離性の基が
導入されて、フラーレン誘導体系プロトン伝導体が構成
される。更に、電子吸引基が導入されることによって、
前記基のプロトン解離性がいっそう助長される。プロト
ン解離性の基とは、電離により水素イオン(プロトン
(H))が離脱し得る官能基を意味し、−OH、−O
SOH、−COOH、−SOH、−OPO(OH)
が好まれるが、本実施の形態においては、−OH、又
は−OSO Hが好適に用いられる。特に、プロトン解
離性の基として−OHを有するポリ水酸化フラーレン
(通称、フラレノール)により形成した膜は、従来より
用いられていたパーフルオロスルホン酸樹脂により形成
されたものに比べて成膜性等に優れており、またプロト
ンの伝導に水分子の介在を必要としないため、加湿器等
が不要である。更に、動作温度領域が−40°C〜16
0°Cと広い等の利点があり、本発明の電気化学デバイ
ス(燃料電池)には好適である。又、電子吸引基として
は、ニトロ基、カルボニル基、カルボキシル基、ニトリ
ル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子(フッ素、
塩素等)の内の、いずれか一つ又は複数が選択されて構
成されている。
The fullerene derivative-based pro
Ton conductor is a fullerene component that forms a spherical cluster molecule.
The child is the mother. Usually, C36, C60, C70, C
76, C78, C80, C82, C84Selected from etc.
However, in the present embodiment, C60And C70Is chosen
You. Proton dissociable groups are present on the constituent carbon atoms of fullerene
Introduced to form fullerene derivative proton conductor
Is done. Furthermore, by introducing an electron withdrawing group,
The proton dissociation of the group is further promoted. Proto
A non-dissociable group is a hydrogen ion (proton
(H+)) Means a functional group capable of leaving, and —OH, —O
SO3H, -COOH, -SO3H, -OPO (OH)
2Is preferred, but in the present embodiment, -OH or
Is -OSO 3H is preferably used. In particular, the proton solution
Polyhydroxylated fullerene having -OH as a releasing group
(Commonly known as fullerenol)
Formed with perfluorosulfonic acid resin used
It has better film-forming properties than the
Humidifier, etc.
Is unnecessary. Further, the operating temperature range is from -40 ° C to 16 ° C.
It has the advantage of being as wide as 0 ° C, etc.
For fuel cells. Also, as an electron withdrawing group
Stands for nitro, carbonyl, carboxyl, nitrile
Group, halogenated alkyl group, halogen atom (fluorine,
One or more of
Has been established.

【0034】酸素電極層14も燃料電極層12と同様
に、Pt担持カーボンとガス拡散層としてのカーボンシ
ートとが組合されて構成されるか、又は、燃料電極層1
2の多孔質カーボンと同様の多孔質カーボンに、フラー
レン誘導体系プロトン伝導体が含浸させられることによ
り構成される。空気中の酸素は酸素電極層14中の触媒
に接触し、酸素電極層14では、燃料電極層12で発生
しプロトン伝導体層13を介して酸素電極層14に伝導
してきたプロトンと、酸素分子と、外部回路(図示せ
ず)から供給される電子とから水が生成される。
Similarly to the fuel electrode layer 12, the oxygen electrode layer 14 is formed by combining Pt-supported carbon and a carbon sheet as a gas diffusion layer.
A porous carbon similar to the porous carbon of No. 2 is impregnated with a fullerene derivative-based proton conductor. The oxygen in the air comes into contact with the catalyst in the oxygen electrode layer 14, where the protons generated in the fuel electrode layer 12 and conducted to the oxygen electrode layer 14 through the proton conductor layer 13 and oxygen molecules And water supplied from an external circuit (not shown).

【0035】プロトン伝導体層13自体にもフラーレン
誘導体系のプロトン伝導体が用いられる。具体的には、
プロトン伝導体層13は、ポリエチレン(PE)、ポリ
プロピレン(PP)、又はポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)により構成される多孔質基体に、フラーレ
ン誘導体系のプロトン伝導体が含浸させられることによ
り構成されており、固体膜層をなす。
A fullerene derivative-based proton conductor is also used for the proton conductor layer 13 itself. In particular,
The proton conductor layer 13 is formed by impregnating a porous substrate made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), or polytetrafluoroethylene (PTFE) with a fullerene derivative-based proton conductor. And form a solid film layer.

【0036】正方形状をした各発電素子10は、正方形
の一辺を互いに共有する状態で、即ち、四角柱形状をし
た絶縁性プレート17の一の側壁部17Aと絶縁性プレ
ート16の一の側壁部16Aとを共有する状態で、接続
されている。各発電素子10のプロトン伝導体層13
は、全て同一平面上に配置されており、又、一の発電素
子10の燃料電極層12と一の発電素子10に隣接する
他の発電素子10の酸素電極層14とは、同一平面に配
列されている。即ち、同一平面上に配置されたプロトン
伝導体を境として、一方の側において燃料電極層12と
酸素電極層14とが交互に配置されており、又、他方の
側においても酸素電極層14と燃料電極層12とが交互
に配置された構成となっている。
The square-shaped power generating elements 10 share one side of the square with each other, that is, one side wall 17A of the insulating plate 17 and one side wall of the insulating plate 16 each having the shape of a quadrangular prism. 16A and are connected. Proton conductor layer 13 of each power generation element 10
Are all arranged on the same plane, and the fuel electrode layer 12 of one power generation element 10 and the oxygen electrode layer 14 of another power generation element 10 adjacent to one power generation element 10 are arranged on the same plane. Have been. That is, the fuel electrode layer 12 and the oxygen electrode layer 14 are alternately arranged on one side with the proton conductor arranged on the same plane as a boundary, and the oxygen electrode layer 14 is also arranged on the other side. The fuel electrode layers 12 and the fuel electrode layers 12 are alternately arranged.

【0037】連続して接続された第1、第2、第3の3
つの発電素子において、第1の発電素子10の燃料電極
導電性多孔質板11と第2の発電素子10の酸素電極導
電性多孔質板15との間には、カーボン、耐触性金属等
の導電性の非多孔質材料により構成される接続部18が
設けられている。接続部18は、第1の発電素子10の
燃料電極導電性多孔質板11と第2の発電素子10の酸
素電極導電性多孔質板15とを電気的に接続するが、第
1の発電素子10の燃料電極導電性多孔質板11中の水
素と第2の発電素子10の酸素電極導電性多孔質板15
中の酸素とが混合しないように遮断している。一方、第
1の発電素子10の燃料電極層12、プロトン伝導体層
13、酸素電極層14、酸素電極導電性多孔質板15
と、第2の発電素子10の酸素電極層14、プロトン伝
導体層13、燃料電極層12、燃料電極導電性多孔質板
11との間には、耐ガス透過性樹脂等の絶縁性の非多孔
質材料により構成される接続部19が設けられている。
接続部19は、第1の発電素子10の燃料電極層12、
プロトン伝導体層13、酸素電極層14、酸素電極導電
性多孔質板15と第2の発電素子10の酸素電極層1
4、プロトン伝導体層13、燃料電極層12、燃料電極
導電性多孔質板11とを電気的に遮断し、且つ、第1の
発電素子10を構成する各層中の気体と第2の発電素子
10を構成する各層中の気体とが混合しないように遮断
する。
The first, second and third threes connected in series
In one power generating element, between the fuel electrode conductive porous plate 11 of the first power generating element 10 and the oxygen electrode conductive porous plate 15 of the second power generating element A connection portion 18 made of a conductive non-porous material is provided. The connection part 18 electrically connects the fuel electrode conductive porous plate 11 of the first power generation element 10 and the oxygen electrode conductive porous plate 15 of the second power generation element 10. Hydrogen in the fuel electrode conductive porous plate 11 and the oxygen electrode conductive porous plate 15 in the second power generation element 10
It shuts off so that it does not mix with oxygen inside. On the other hand, the fuel electrode layer 12, the proton conductor layer 13, the oxygen electrode layer 14, and the oxygen electrode conductive porous plate 15 of the first power generation element 10
Between the oxygen electrode layer 14, the proton conductor layer 13, the fuel electrode layer 12, and the fuel electrode conductive porous plate 11 of the second power generation element 10. A connecting portion 19 made of a porous material is provided.
The connecting portion 19 is connected to the fuel electrode layer 12 of the first power generation element 10,
Proton conductor layer 13, oxygen electrode layer 14, oxygen electrode conductive porous plate 15 and oxygen electrode layer 1 of second power generation element 10
4. The proton conductor layer 13, the fuel electrode layer 12, and the fuel electrode conductive porous plate 11 are electrically isolated from each other, and the gas in each layer constituting the first power generation element 10 and the second power generation element The gas in each layer constituting 10 is shut off so as not to be mixed.

【0038】同様に、第2の発電素子10の燃料電極導
電性多孔質板11と第3の発電素子10の酸素電極導電
性多孔質板15との間には、カーボン、耐触性金属等の
導電性の非多孔質材料により構成される接続部18が設
けられている。又、第2の発電素子10の燃料電極層1
2、プロトン伝導体層13、酸素電極層14、酸素電極
導電性多孔質板15と、第3の発電素子10の酸素電極
層14、プロトン伝導体層13、燃料電極層12、燃料
電極導電性多孔質板11との間には、耐ガス透過性樹脂
等の絶縁性の非多孔質材料により構成される接続部19
が設けられている。
Similarly, between the fuel electrode conductive porous plate 11 of the second power generation element 10 and the oxygen electrode conductive porous plate 15 of the third power generation element 10, carbon, a contact-resistant metal or the like is provided. A connection portion 18 made of a conductive non-porous material is provided. The fuel electrode layer 1 of the second power generation element 10
2. Proton conductor layer 13, oxygen electrode layer 14, oxygen electrode conductive porous plate 15, and oxygen electrode layer 14, proton conductor layer 13, fuel electrode layer 12, fuel electrode conductivity of third power generation element 10. A connecting portion 19 made of an insulating non-porous material such as a gas-permeable resin is provided between the porous plate 11 and the porous plate 11.
Is provided.

【0039】接続された複数の発電素子10の内の一の
末端の発電素子10においては、良好な導電性の金属か
らなる正極端子20が、外部に突出した状態で設けられ
ており、この正極端子20は酸素電極導電性多孔質板1
5に電気的に接続されている。他の末端の発電素子10
においても同様に、良好な導電性の金属からなる負極端
子21が、燃料電極導電性多孔質板11に電気的に接続
され、外部に突出した状態で設けられている。
In the power generating element 10 at one end of the plurality of connected power generating elements 10, a positive electrode terminal 20 made of a good conductive metal is provided so as to protrude outside. Terminal 20 is an oxygen electrode conductive porous plate 1
5 is electrically connected. Power generating element 10 at the other end
Similarly, the negative electrode terminal 21 made of a good conductive metal is electrically connected to the fuel electrode conductive porous plate 11 and provided so as to protrude to the outside.

【0040】第1の発電素子10の各層と、第1の発電
素子10に隣接配置された第2の発電素子10の各層と
の間に、非多孔質材料により構成される接続部18、1
9が設けられているため、例えば、第1の発電素子10
の酸素電極層14の中を透過する酸素と、第2の発電素
子10の燃料電極層12の中を透過する水素との混合を
遮断することができる。このため、隣り合う第1の発電
素子10の燃料電極層12と第2の発電素子10の酸素
電極層14とを同一平面上に配置でき、又、隣り合う第
1の発電素子10の酸素電極層14と第2の発電素子1
0の燃料電極層12とを同一平面上に配置することがで
きるため、複数の発電素子10を直列接続する際に、発
電素子10間の接続部を僅かなスペースとすることがで
き、接続を容易にすることができる。
The connection portions 18, 1 made of a non-porous material are provided between each layer of the first power generation element 10 and each layer of the second power generation element 10 disposed adjacent to the first power generation element 10.
9 is provided, for example, the first power generation element 10
It is possible to block the mixture of oxygen passing through the oxygen electrode layer 14 and hydrogen passing through the fuel electrode layer 12 of the second power generation element 10. Therefore, the fuel electrode layer 12 of the adjacent first power generation element 10 and the oxygen electrode layer 14 of the second power generation element 10 can be arranged on the same plane, and the oxygen electrode layer of the adjacent first power generation element 10 Layer 14 and second power generating element 1
Since the fuel electrode layer 12 and the zero fuel electrode layer 12 can be arranged on the same plane, when a plurality of power generation elements 10 are connected in series, the connection between the power generation elements 10 can be made a small space, and the connection can be made. Can be easier.

【0041】次に、第2の実施の形態による平面配列型
電気化学素子ユニット3について、図2に基づき説明す
る。第2の実施の形態による平面配列型電気化学素子ユ
ニット3の発電素子30は、燃料電極導電性多孔質板と
酸素電極導電性多孔質板とが設けられていない点で、第
1の実施の形態における発電素子10とは異なる。絶縁
性プレート16と燃料電極層12とは直接対向してお
り、又、絶縁性プレート17と酸素電極層14とは直接
接した状態で設けられている。
Next, a planar array type electrochemical element unit 3 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. The power generation element 30 of the planar array type electrochemical element unit 3 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are not provided. It is different from the power generating element 10 in the embodiment. The insulating plate 16 and the fuel electrode layer 12 are directly opposed, and the insulating plate 17 and the oxygen electrode layer 14 are provided in direct contact with each other.

【0042】又、連続して接続された第1、第2、第3
の3つの発電素子において、第1の発電素子30の燃料
電極層12と第2の発電素子30の酸素電極層14と間
には、カーボン、耐触性金属等の導電性の非多孔質材料
により構成される接続部18が設けられている。接続部
18は、第1の発電素子10の燃料電極層12と第2の
発電素子10の酸素電極層14とを電気的に接続する
が、第1の発電素子10の燃料電極層12中の水素と第
2の発電素子10の酸素電極層14中の酸素とが混合し
ないように遮断している。一方、第1の発電素子30の
プロトン伝導体層13、酸素電極層14と、第2の発電
素子30のプロトン伝導体層13、燃料電極層12との
間には、耐ガス透過性樹脂等の絶縁性の非多孔質材料に
より構成される接続部19が設けられている。接続部1
9は、第1の発電素子10のプロトン伝導体層13、酸
素電極層14と第2の発電素子10のプロトン伝導体層
13、燃料電極層12とを電気的に遮断し、且つ、第1
の発電素子10を構成する各層中の気体と第2の発電素
子10を構成する各層中の気体とが混合しないように遮
断する。
Further, the first, second, and third serially connected
In the three power generating elements described above, a conductive non-porous material such as carbon or a contact-resistant metal is provided between the fuel electrode layer 12 of the first power generating element 30 and the oxygen electrode layer 14 of the second power generating element 30. Is provided. The connection portion 18 electrically connects the fuel electrode layer 12 of the first power generation element 10 to the oxygen electrode layer 14 of the second power generation element 10. The hydrogen and the oxygen in the oxygen electrode layer 14 of the second power generation element 10 are blocked so as not to be mixed. On the other hand, between the proton conductor layer 13 and the oxygen electrode layer 14 of the first power generation element 30 and between the proton conductor layer 13 and the fuel electrode layer 12 of the second power generation element 30, a gas-permeable resin or the like is provided. A connection portion 19 made of an insulating non-porous material is provided. Connection part 1
9 electrically disconnects the proton conductor layer 13 and the oxygen electrode layer 14 of the first power generation element 10 from the proton conductor layer 13 and the fuel electrode layer 12 of the second power generation element 10;
Is shut off so that the gas in each layer constituting the power generating element 10 and the gas in each layer constituting the second power generating element 10 do not mix.

【0043】同様に、第2の発電素子10の燃料電極層
12と第3の発電素子10の酸素電極層14との間に
は、カーボン、耐触性金属等の導電性の非多孔質材料に
より構成される接続部18が設けられている。又、第2
の発電素子10のプロトン伝導体層13、酸素電極層1
4と、第3の発電素子10のプロトン伝導体層13、燃
料電極層12との間には、耐ガス透過性樹脂等の絶縁性
の非多孔質材料により構成される接続部19が設けられ
ている。
Similarly, between the fuel electrode layer 12 of the second power generation element 10 and the oxygen electrode layer 14 of the third power generation element 10, there is provided a conductive non-porous material such as carbon or metal having a contact resistance. Is provided. Also, the second
Conductor layer 13 and oxygen electrode layer 1 of the power generating element 10 of FIG.
A connection section 19 made of an insulating non-porous material such as a gas-permeable resin is provided between the fourth power generation element 10 and the proton conductor layer 13 and the fuel electrode layer 12 of the third power generation element 10. ing.

【0044】接続された複数の発電素子30の内の一の
末端の発電素子30においては、良好な導電性の金属か
らなる正極端子20が、外部に突出した状態で設けられ
ており、この正極端子20は酸素電極層14に電気的に
接続されている。他の末端の発電素子30においても同
様に、良好な導電性の金属からなる負極端子21が、燃
料電極層12に電気的に接続され外部に突出した状態で
設けられている。
In the power generating element 30 at one end of the plurality of connected power generating elements 30, a positive electrode terminal 20 made of a good conductive metal is provided so as to protrude outside. The terminal 20 is electrically connected to the oxygen electrode layer 14. Similarly, in the other end of the power generating element 30, the negative electrode terminal 21 made of a good conductive metal is provided so as to be electrically connected to the fuel electrode layer 12 and protrude to the outside.

【0045】燃料電極導電性多孔質板と燃料電極導電性
多孔質板とを設けずに済むため、平面配列型電気化学素
子ユニット3の構成を簡単にすることができ、装置の小
型化、軽量化を図ることができる。
Since the fuel electrode conductive porous plate and the fuel electrode conductive porous plate need not be provided, the configuration of the planar array type electrochemical element unit 3 can be simplified, and the apparatus can be reduced in size and weight. Can be achieved.

【0046】次に、第3の実施の形態による平面配列型
電気化学素子ユニット5について、図3に基づき説明す
る。第3の実施の形態による平面配列型電気化学素子ユ
ニット5の発電素子50では、燃料電極導電性多孔質板
11に直接対向する位置に、水素吸蔵体を収納するため
の絶縁性プレート51が設けられている点で、第1の実
施の形態における発電素子10とは異なる。絶縁性プレ
ート51は、外形が略升形状をしており、升形状の開口
部を燃料電極導電性多孔質板11よって塞がれた状態で
設けられている。絶縁性プレート51と燃料電極導電性
多孔質板11とによって画成される空間に、水素を蓄え
た水素吸蔵体52が充填されている。水素吸蔵体52に
蓄えられている水素は、燃料電極導電性多孔質板11中
を透過し、燃料電極層12へ到達可能に構成されてい
る。
Next, a planar array type electrochemical element unit 5 according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In the power generating element 50 of the planar array type electrochemical element unit 5 according to the third embodiment, an insulating plate 51 for storing a hydrogen storage body is provided at a position directly facing the fuel electrode conductive porous plate 11. This is different from the power generating element 10 in the first embodiment in that The insulating plate 51 has a substantially square shape in outer shape, and is provided in a state where the opening of the square shape is closed by the fuel electrode conductive porous plate 11. A space defined by the insulating plate 51 and the fuel electrode conductive porous plate 11 is filled with a hydrogen storage body 52 storing hydrogen. The hydrogen stored in the hydrogen storage body 52 is configured to pass through the fuel electrode conductive porous plate 11 and reach the fuel electrode layer 12.

【0047】水素吸蔵体52は、カーボン系のフラーレ
ン又はナノチューブ又はナノファイバーからなる。水素
吸蔵体52外部から供給された水素をその内部に蓄え、
燃料電極層12へ水素を供給する燃料源として作用す
る。ここで、水素を内部に吸蔵するとは、必ずしも水素
分子をそのままの状態で吸蔵するとは限らず、外部から
供給された水素を、水素吸蔵体52を構成する物質に応
じて、所定の状態で吸蔵することを意味する。又、水素
を供給するとは、必ずしも水素分子をそのままの状態で
燃料電極層12に供給するとは限らず、水素吸蔵体52
の内部に吸蔵している所定の状態の水素を、燃料電極層
12が水素イオンたるプロトンを発生できるような所定
の状態で燃料電極層12に供給することを意味する。
The hydrogen storage 52 is made of carbon-based fullerene, nanotube, or nanofiber. The hydrogen supplied from the outside of the hydrogen storage body 52 is stored therein,
It functions as a fuel source for supplying hydrogen to the fuel electrode layer 12. Here, storing hydrogen inside does not necessarily mean storing hydrogen molecules as they are, but storing hydrogen supplied from the outside in a predetermined state according to the material constituting the hydrogen storage body 52. Means to do. In addition, supplying hydrogen does not necessarily mean that hydrogen molecules are supplied to the fuel electrode layer 12 as it is, but the hydrogen storage material 52
Means supplying hydrogen to the fuel electrode layer 12 in a predetermined state such that the fuel electrode layer 12 can generate protons as hydrogen ions.

【0048】平面配列型電気化学素子ユニット5中に、
水素を燃料電極層12へ供給することができる水素吸蔵
体52を設けたため、平面配列型電気化学素子ユニット
5外部から水素を供給するための水素供給装置等が必要
がなくなり、平面配列型電気化学素子ユニット5をポー
タブル電子機器等に使用できる電池として用いることが
できる。
In the planar array type electrochemical element unit 5,
The provision of the hydrogen storage body 52 capable of supplying hydrogen to the fuel electrode layer 12 eliminates the need for a hydrogen supply device or the like for supplying hydrogen from outside the planar array type electrochemical element unit 5, and the planar array type electrochemical element unit 5 is not required. The element unit 5 can be used as a battery that can be used in portable electronic devices and the like.

【0049】次に、第4の実施の形態による平面配列型
電気化学素子ユニット7について、図4に基づき説明す
る。第4の実施の形態による平面配列型電気化学素子ユ
ニット7の発電素子70では、燃料電極層12に直接対
向する位置に、水素吸蔵体を収納するための絶縁性プレ
ート51が設けられている点で、第2の実施の形態にお
ける発電素子30とは異なる。絶縁性プレート51は、
外形が略升形状をしており、升形状の開口部を燃料電極
層12よって塞ぐ状態で設けられている。絶縁性プレー
トと燃料電極層12とによって画成される空間に、水素
を蓄えた水素吸蔵体52が充填されている。水素吸蔵体
52に蓄えられている水素は、燃料電極層12へ供給可
能に構成されている。
Next, a planar array type electrochemical device unit 7 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the power generating element 70 of the planar array type electrochemical element unit 7 according to the fourth embodiment, an insulating plate 51 for storing a hydrogen storage body is provided at a position directly facing the fuel electrode layer 12. This is different from the power generating element 30 according to the second embodiment. The insulating plate 51
The outer shape has a substantially square shape, and is provided in a state where the opening of the square shape is closed by the fuel electrode layer 12. A space defined by the insulating plate and the fuel electrode layer 12 is filled with a hydrogen storage body 52 storing hydrogen. The hydrogen stored in the hydrogen storage body 52 can be supplied to the fuel electrode layer 12.

【0050】平面配列型電気化学素子ユニット7中に、
水素を燃料電極層12へ供給することができる水素吸蔵
体52を設けたため、平面配列型電気化学素子ユニット
7外部から水素を供給するための水素供給装置等が必要
がなくなり、平面配列型電気化学素子ユニット7をポー
タブル電子機器等に使用できる電池として用いることが
できる。
In the planar array type electrochemical element unit 7,
The provision of the hydrogen storage body 52 capable of supplying hydrogen to the fuel electrode layer 12 eliminates the need for a hydrogen supply device or the like for supplying hydrogen from outside the planar array type electrochemical element unit 7, and the planar array type electrochemical element unit 7 is not required. The element unit 7 can be used as a battery that can be used in portable electronic devices and the like.

【0051】本発明による電気化学素子及び電気化学素
子の製造方法は上述した実施の形態に限定されず、特許
請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能で
ある。例えば、燃料電極導電性多孔質板、酸素電極導電
性多孔質板は、カーボン布によって構成されたが、カー
ボン布に代えて、酸性のフラーレン誘導体系プロトン伝
導体を有する電極層に直接接しても腐食しない耐酸性の
金属網や発泡メタル等の、酸素及び水素透過性の物質に
よって構成されてもよい。
The electrochemical device and the method of manufacturing the electrochemical device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims. For example, the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are made of carbon cloth, but instead of carbon cloth, they can be in direct contact with an electrode layer having an acidic fullerene derivative-based proton conductor. It may be made of an oxygen and hydrogen permeable substance such as an acid-resistant metal net or foam metal that does not corrode.

【0052】又、第1、第3の実施の形態における燃料
電極導電性多孔質板、酸素電極導電性多孔質板は、各発
電素子ごとに別個に設けられていたが、プロトン伝導体
層の配置された平面を境とする一方の側において、複数
又は全ての発電素子に共通する一体の導電性多孔質板と
して設けられてもよい。この場合には、各発電素子間の
接続部の位置において、導電性多孔質板を非多孔質化す
ることによって、隣り合う燃料電極導電性多孔質板と酸
素電極導電性多孔質板とを区別するように構成すればよ
い。このように構成することによって、より簡単に、平
面配列型電気化学素子ユニットを製造することができ
る。
In the first and third embodiments, the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are provided separately for each power generating element. On one side of the arranged plane, it may be provided as an integral conductive porous plate common to a plurality or all of the power generating elements. In this case, by making the conductive porous plate non-porous at the position of the connection between the power generating elements, the adjacent fuel electrode conductive porous plate and oxygen electrode conductive porous plate can be distinguished from each other. What is necessary is just to comprise. With this configuration, the planar array type electrochemical element unit can be manufactured more easily.

【0053】又、第2、第4の実施の形態における燃料
電極層、酸素電極層は、各発電素子ごとに別個に設けら
れていたが、プロトン伝導体層の配置された平面を境と
する一方の側において、複数又は全ての発電素子に共通
する一体の電極層として設けられてもよい。この場合に
は、各発電素子間の接続部の位置において、多孔質の電
極層を非多孔質化することによって、隣り合う燃料電極
層と酸素電極層とを区別するように構成すればよい。こ
のように構成することによって、より簡単に、平面配列
型電気化学素子ユニットを製造することができる。
In the second and fourth embodiments, the fuel electrode layer and the oxygen electrode layer are provided separately for each power generating element, but are separated by the plane on which the proton conductor layer is arranged. On one side, it may be provided as an integral electrode layer common to a plurality or all of the power generating elements. In this case, by making the porous electrode layer non-porous at the position of the connection between the power generating elements, it may be configured to distinguish between the adjacent fuel electrode layer and oxygen electrode layer. With this configuration, the planar array type electrochemical element unit can be manufactured more easily.

【0054】又、燃料電極層12、酸素電極層14は、
多孔質カーボンにフラーレン誘導体系のプロトン伝導体
が含浸させられることにより構成されたが、含浸させら
れずに構成されてもよい。
The fuel electrode layer 12 and the oxygen electrode layer 14
Although the porous carbon is formed by impregnating the fullerene derivative-based proton conductor, the porous carbon may be formed without impregnation.

【0055】又、絶縁性プレートは樹脂製シートによっ
て構成されたが、ブロック等によって構成されてもよ
い。
Although the insulating plate is made of a resin sheet, it may be made of a block or the like.

【0056】又、水素吸蔵体は、カーボン系のフラーレ
ン又はナノチューブ又はナノファイバーに代えて、水素
吸蔵合金を用いてもよい。
As the hydrogen storage material, a hydrogen storage alloy may be used instead of carbon-based fullerene, nanotube or nanofiber.

【0057】又、燃料電極導電体性多孔質板又は燃料電
極層と、絶縁性プレートとによって画成される空間中に
水素吸蔵体を充填したが、これに代えて、水素吸蔵体を
燃料電極層中に充填させて、燃料電極層と水素吸蔵体と
を一体とした水素極としてもよい。
Further, the space defined by the fuel electrode conductive porous plate or fuel electrode layer and the insulating plate is filled with the hydrogen storage material. Instead, the hydrogen storage material is replaced with the fuel electrode. The hydrogen electrode may be formed by filling the fuel electrode layer with the fuel electrode layer and the hydrogen storage body.

【0058】又、絶縁性プレート16、17には、燃料
や酸素を、燃料電極層、酸素電極層の略全体に接触させ
るための、蛇行型経路が形成されていてもよい。
The insulating plates 16 and 17 may be formed with a meandering path for bringing fuel and oxygen into contact with substantially the entire fuel electrode layer and oxygen electrode layer.

【0059】又、本実施の形態による電気化学素子で
は、フラーレン誘導体系プロトン伝導体を多孔質基体に
含浸させてプロトン伝導体層を構成したが、これに限ら
れるものではない。このプロトン伝導体層に代えて、フ
ラーレン誘導体系に限定されない任意のプロトン伝導体
に樹脂系バインダー等を配合してフィルムタイプとした
ものを用いてもよい。又、水管理を必要としない電解質
膜、より具体的には、プロトン伝導体層内部に極微量の
白金超微粒子触媒とTiO、SiO等の酸化物超微
粒子とを高分散させたいわゆる内部加湿型固体高分子膜
や、リン酸−ケイ酸塩(P−SiO)系ガラス
等のプロトン伝導性無機化合物を添加したポリマー膜を
用いてもよい。これらを用いることにより、本実施の形
態による電気化学素子の場合と同様に、加湿器等によっ
て燃料に水分を含ませることを不要とすることができ
る。
In the electrochemical device according to the present embodiment, the proton conductor layer is formed by impregnating the porous substrate with the fullerene derivative-based proton conductor, but the present invention is not limited to this. Instead of the proton conductor layer, a film type obtained by blending a resin binder or the like with any proton conductor not limited to the fullerene derivative-based material may be used. In addition, an electrolyte membrane that does not require water management, more specifically, a so-called internal structure in which a very small amount of ultrafine platinum catalyst and ultrafine oxide particles such as TiO 2 and SiO 2 are highly dispersed in the proton conductor layer. and humidified solid polymer membrane, phosphate - silicate (P 2 O 5 -SiO 2) based proton conductive inorganic compound polymer film may be used with the addition of glass. By using these, as in the case of the electrochemical device according to the present embodiment, it is not necessary to include moisture in the fuel with a humidifier or the like.

【0060】又、上述した第1、第2の実施の形態によ
る平面配列型電気化学素子ユニットおいては、燃料とし
て水素ガスを供給したが、メタノールなどのアルコール
や他の化石燃料等を液体若しくは気体の状態で供給する
ダイレクト型を採用し、燃料電極において触媒により燃
料材料からプロトンを得るようにすることもできる。こ
の場合には、本実施の形態による電気化学素子に設けら
れていた水素吸蔵体に代えて、アルコールや化石燃料等
を吸蔵可能な燃料源を用いればよい。
In the flat array type electrochemical element units according to the first and second embodiments described above, hydrogen gas is supplied as a fuel. However, alcohol such as methanol or other fossil fuels or the like is used as a liquid or a liquid. It is also possible to adopt a direct type in which the gas is supplied in a gaseous state, and obtain a proton from a fuel material by a catalyst at a fuel electrode. In this case, a fuel source capable of storing alcohol, fossil fuel, or the like may be used instead of the hydrogen storage body provided in the electrochemical device according to the present embodiment.

【0061】又、プロトン伝導体をフラーレン誘導体系
プロトン伝導体により構成したが、パーフルオロスルホ
ン酸樹脂等の有機物系材料からなるプロトン伝導体によ
り構成してもよい。但し、パーフルオロスルホン酸樹脂
を用いる場合には、加湿器等によって燃料に水分を含ま
せる必要がある。
Although the proton conductor is composed of a fullerene derivative-based proton conductor, it may be composed of a proton conductor composed of an organic material such as a perfluorosulfonic acid resin. However, when a perfluorosulfonic acid resin is used, it is necessary to make the fuel contain moisture by a humidifier or the like.

【0062】又、本実施の形態では、無加湿状態でプロ
トン伝導可能なイオン交換膜を構成するプロトン伝導体
に、ポリ水酸化フラーレン(通称、フラレノール)を用
いたが、本発明はこれに限定されるものではない。ポリ
水酸化フラーレンは、図5に示したようなフラーレン分
子を母体とし、その構成炭素原子に水酸基を導入したも
のであるが、母体としてはフラーレン分子に限らず炭素
を主成分とする炭素質材料であればよい。この炭素質材
料には、炭素原子が、炭素−炭素間結合の種類を問わ
ず、数個から数百個結合して形成されている集合体であ
る炭素クラスターや、チューブ状炭素質(通称カーボン
ナノチューブ)が含まれていてよい。前者の炭素クラス
ターには、炭素原子が多数個集合してなる、球体又は長
球、又はこれらに類似する閉じた面構造を有する種々の
炭素クラスター(図6)や、それらの球構造の一部が欠
損し、構造中に開放端を有する炭素クラスター(図
7)、大部分の炭素原子がsp結合したダイヤモンド
構造を持つ炭素クラスター(図8)、さらにはこれらの
クラスターどうしが種々に結合した炭素クラスター(図
9)が含まれていてよい。
Further, in the present embodiment, poly (fullerene hydroxide) (commonly called fullerenol) is used as a proton conductor constituting an ion exchange membrane capable of conducting proton in a non-humidified state, but the present invention is not limited to this. It is not something to be done. The polyhydroxylated fullerene has a fullerene molecule as a base as shown in FIG. 5 and a hydroxyl group introduced into its constituent carbon atoms. However, the base is not limited to the fullerene molecule but may be a carbonaceous material mainly composed of carbon. Should be fine. This carbonaceous material includes carbon clusters, which are aggregates formed by bonding several to hundreds of carbon atoms regardless of the type of carbon-carbon bond, and tubular carbonaceous materials (commonly known as carbon Nanotubes). The former carbon cluster includes various carbon clusters having a closed surface structure similar to spheres or spheroids (FIG. 6), which are composed of a large number of carbon atoms (FIG. 6), and a part of those spherical structures. Is missing and a carbon cluster having an open end in the structure (FIG. 7), a carbon cluster having a diamond structure in which most of the carbon atoms are sp 3 bonded (FIG. 8), and these clusters are variously bonded. Carbon clusters (FIG. 9) may be included.

【0063】またこの種の母体に導入する基としては水
酸基に限らず、−XH、より好ましくは−YOHで表さ
れるプロトン解離性の基であればよい。ここで、X及び
Yは2価の結合手を有する任意の原子若しくは原子団で
あり、Hは水素原子、Oは酸素原子である。具体的に
は、前記−OH以外に、硫酸水素エステル基−OSO
H、カルボキシル基−COOH、他にスルホン基−SO
H、リン酸基−OPO(OH)のいずれかであるこ
とが好ましい。
The group to be introduced into the host of this type is not limited to a hydroxyl group, but may be any proton-dissociable group represented by -XH, more preferably -YOH. Here, X and Y are arbitrary atoms or atomic groups having a divalent bond, H is a hydrogen atom, and O is an oxygen atom. Specifically, in addition to the -OH, a hydrogen sulfate ester group -OSO 3
H, carboxyl group -COOH, and other sulfone group -SO
It is preferably any of 3 H and a phosphate group -OPO (OH) 2 .

【0064】上記のいずれの変形例によっても、プロト
ンの伝導に加湿が不要であり、本発明における効果には
変わりはない。
In any of the above modifications, humidification is not required for proton conduction, and the effect of the present invention remains unchanged.

【0065】[0065]

【発明の効果】請求項1記載の平面配列型電気化学素子
ユニットによれば、プロトン伝導体層の一方の側におい
て、略同一平面上に一の発電素子の燃料電極層と他の発
電素子の酸素電極層とが交互に配置され、プロトン伝導
体層の他方の側において、略同一平面上に一の発電素子
の酸素電極層と他の発電素子の燃料電極層とが交互に配
置されているため、各発電素子間の接続を容易にするこ
とができる。又、各発電素子間の接続に必要なスペース
を最小限に留めることができ、平面配列型電気化学素子
ユニットの小型化を図ることができ、複数の発電素子を
直列に接続する自由度を高くすることができる。
According to the first aspect of the present invention, the fuel electrode layer of one power generation element and the fuel electrode layer of another power generation element are arranged on substantially the same plane on one side of the proton conductor layer. Oxygen electrode layers are alternately arranged, and on the other side of the proton conductor layer, oxygen electrode layers of one power generation element and fuel electrode layers of another power generation element are alternately arranged on substantially the same plane. Therefore, connection between the power generating elements can be facilitated. Further, the space required for connection between the power generating elements can be minimized, the size of the planar array type electrochemical element unit can be reduced, and the degree of freedom for connecting a plurality of power generating elements in series can be increased. can do.

【0066】請求項2、4記載の平面配列型電気化学素
子ユニットによれば、一の発電素子の燃料電極導電性多
孔質板と他の発電素子の酸素電極導電性多孔質板とは接
続部で電気的に接続され、接続部は、燃料電極導電性多
孔質板中を透過する燃料と酸素電極導電性多孔質板中を
透過する酸素との混合を遮断するように構成したため、
隣り合う発電素子中において酸素と水素とが混合してし
まうことを防止した状態で、隣り合う発電素子同士を容
易に電気的に接続することができる。
According to the planar array type electrochemical element unit of the present invention, the fuel electrode conductive porous plate of one power generating element and the oxygen electrode conductive porous plate of another power generating element are connected to each other. Since the connection portion is configured to block mixing of fuel permeating the fuel electrode conductive porous plate and oxygen permeating the oxygen electrode conductive porous plate,
Adjacent power generating elements can be easily electrically connected to each other in a state where oxygen and hydrogen are prevented from being mixed in adjacent power generating elements.

【0067】請求項3記載の平面配列型電気化学素子ユ
ニットによれば、燃料電極層の内部には水素吸蔵体が充
填されているため、平面配列型電気化学素子ユニットの
外部から燃料である水素を供給する必要がなく、平面配
列型電気化学素子ユニットを携帯電子機器に使用する電
池として用いることができる。
According to the third aspect of the present invention, since the inside of the fuel electrode layer is filled with the hydrogen absorbing material, the hydrogen as the fuel is supplied from outside the flat type electrochemical element unit. Need not be supplied, and the planar array type electrochemical element unit can be used as a battery used in a portable electronic device.

【0068】請求項5、6、7記載の平面配列型電気化
学素子ユニットによれば、酸性のプロトン伝導体を有す
る電極層に直接接しても腐食することのない燃料電極導
電性多孔質板や酸素電極導電性多孔質板とすることがで
きる。
According to the planar array type electrochemical element unit of the fifth, sixth and seventh aspects, the fuel electrode conductive porous plate which does not corrode even when directly in contact with the electrode layer having the acidic proton conductor is provided. An oxygen electrode conductive porous plate can be used.

【0069】請求項8記載の平面配列型電気化学素子ユ
ニットによれば、燃料電極導電性多孔質板と酸素電極導
電性多孔質板とは、同一平面上に配列され、一体である
ため、平面配列型電気化学素子ユニットの製造をより簡
略化することができる。
According to the flat array type electrochemical element unit of the present invention, the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are arranged on the same plane and are integral with each other. The manufacture of the arrayed electrochemical element unit can be further simplified.

【0070】請求項9記載の平面配列型電気化学素子ユ
ニットによれば、平面配列型電気化学素子ユニットの製
造をより簡略化し、且つ、隣り合う発電素子中において
酸素と水素とが混合してしまうことを防止することがで
きる。
According to the planar array type electrochemical element unit of the ninth aspect, the manufacture of the planar array type electrochemical element unit is further simplified, and oxygen and hydrogen are mixed in adjacent power generating elements. Can be prevented.

【0071】請求項10、11記載の平面配列型電気化
学素子ユニットによれば、一の発電素子の燃料電極層
と、他の発電素子の酸素電極層とは、接続部で電気的に
接続され、接続部は、燃料電極層中を透過する燃料と、
酸素電極層中を透過する酸素との混合を遮断するように
構成したため、隣り合う発電素子中において酸素と水素
とが混合してしまうことを防止した状態で、隣り合う発
電素子同士を容易に電気的に接続することができ、且
つ、平面配列型電気化学素子ユニットを薄くでき、軽量
化することができる
According to the planar array type electrochemical element unit of the tenth and eleventh aspects, the fuel electrode layer of one power generation element and the oxygen electrode layer of the other power generation element are electrically connected at the connection portion. , The connection portion, the fuel permeating the fuel electrode layer,
Since it is configured to block mixing with oxygen passing through the oxygen electrode layer, adjacent power generating elements can be easily electrically connected to each other in a state where oxygen and hydrogen are prevented from being mixed in adjacent power generating elements. And the planar array type electrochemical element unit can be made thinner and lighter.

【0072】請求項12記載の平面配列型電気化学素子
ユニットによれば、燃料電極層と酸素電極層とは、同一
平面に配列され、一体であるため、平面配列型電気化学
素子ユニットの製造をより簡略化することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the fuel electrode layer and the oxygen electrode layer are arranged on the same plane and are integrated. It can be more simplified.

【0073】請求項13記載の平面配列型電気化学素子
ユニットによれば、平面配列型電気化学素子ユニットの
製造をより簡略化し、且つ、隣り合う発電素子中におい
て酸素と水素とが混合してしまうことを防止することが
できる。
According to the planar array type electrochemical element unit, the manufacturing of the planar array type electrochemical element unit is further simplified, and oxygen and hydrogen are mixed in adjacent power generating elements. Can be prevented.

【0074】請求項14、16記載の平面配列型電気化
学素子ユニットによれば、燃料無加湿状態でも良好なプ
ロトン伝導を行う平面配列型電気化学素子ユニットとす
ることができる。
According to the planar array type electrochemical element unit of the present invention, it is possible to provide a planar array type electrochemical element unit which performs good proton conduction even in a non-humidified state of fuel.

【0075】請求項15記載の平面配列型電気化学素子
ユニットによれば、燃料加湿状態下で良好なプロトン伝
導を行う平面配列型電気化学素子ユニットとすることが
できる。
According to the flat array type electrochemical element unit of the present invention, a flat array type electrochemical element unit which can conduct good proton conduction in a fuel humidified state can be obtained.

【0076】請求項17、18記載の平面配列型電気化
学素子ユニットによれば、平面配列型電気化学素子ユニ
ットを外部から絶縁した状態とすることができ、且つ、
平面配列型電気化学素子ユニット外部から燃料電極層へ
の燃料供給を容易にすることができる。
According to the planar array type electrochemical element unit of the present invention, the planar array type electrochemical element unit can be insulated from the outside, and
Fuel can be easily supplied to the fuel electrode layer from outside the planar array type electrochemical element unit.

【0077】請求項19記載の平面配列型電気化学素子
ユニットによれば、平面配列型電気化学素子ユニットを
外部から絶縁した状態とすることができ、且つ、平面配
列型電気化学素子ユニットの外部から燃料である水素を
供給する必要がなく、平面配列型電気化学素子ユニット
を携帯電子機器に使用する電池として用いることができ
る。
According to the planar array type electrochemical device unit of the present invention, the planar array type electrochemical device unit can be insulated from the outside, and can be insulated from the outside of the planar array type electrochemical device unit. There is no need to supply hydrogen as a fuel, and the planar array type electrochemical element unit can be used as a battery used in portable electronic devices.

【0078】請求項20、22記載の平面配列型電気化
学素子ユニットによれば、蛇行型経路が形成されている
ため、燃料電極層、酸素電極層の略全体に燃料、酸素を
接触させることができる。
According to the planar array type electrochemical element unit according to the twentieth and twenty-second aspects, since the meandering path is formed, the fuel and oxygen can be brought into contact with substantially the entire fuel electrode layer and oxygen electrode layer. it can.

【0079】請求項21記載の平面配列型電気化学素子
ユニットによれば、平面配列型電気化学素子ユニットを
外部から絶縁した状態で、平面配列型電気化学素子ユニ
ットの外部から大気中の酸素を酸素電極層に接触させる
ことができ、平面配列型電気化学素子ユニットの取扱い
を容易とすることができる。
According to the planar array type electrochemical device unit of the present invention, oxygen in the atmosphere is removed from the outside of the planar array type electrochemical device unit while the planar array type electrochemical device unit is insulated from the outside. It can be brought into contact with the electrode layer, and handling of the planar array type electrochemical element unit can be facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による平面配列型電
気化学素子ユニットを示す断面図であり、(b)は発電
素子の各層が積層している様子を示す断面図、(a)は
(b)のa−a線に沿った断面図、(c)は(b)のc
−c線に沿った断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a planar array type electrochemical element unit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view showing a state in which layers of a power generating element are stacked; FIG. 3B is a cross-sectional view along the line aa in FIG. 3B, and FIG.
Sectional drawing along the -c line.

【図2】本発明の第2の実施の形態による平面配列型電
気化学素子ユニットを示す断面図であり、(b)は発電
素子の各層が積層している様子を示す断面図、(a)は
(b)のa−a線に沿った断面図、(c)は(b)のc
−c線に沿った断面図。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a planar array type electrochemical element unit according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 2B is a cross-sectional view showing a state in which layers of a power generating element are stacked, and FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view along the line aa in FIG. 3B, and FIG.
Sectional drawing along the -c line.

【図3】本発明の第3の実施の形態による平面配列型電
気化学素子ユニットを示す断面図であり、(b)は発電
素子の各層が積層している様子を示す断面図、(a)は
(b)のa−a線に沿った断面図、(c)は(b)のc
−c線に沿った断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a planar array type electrochemical element unit according to a third embodiment of the present invention, wherein (b) is a cross-sectional view showing a state in which layers of a power generation element are stacked, and (a). FIG. 3B is a cross-sectional view along the line aa in FIG. 3B, and FIG.
Sectional drawing along the -c line.

【図4】本発明の第4の実施の形態による平面配列型電
気化学素子ユニットを示す断面図であり、(b)は発電
素子の各層が積層している様子を示す断面図、(a)は
(b)のa−a線に沿った断面図、(c)は(b)のc
−c線に沿った断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a planar array type electrochemical element unit according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4 (b) is a cross-sectional view showing a state in which layers of a power generating element are stacked; FIG. 3B is a cross-sectional view along the line aa in FIG. 3B, and FIG.
Sectional drawing along the -c line.

【図5】本発明の実施の形態による電気化学素子に用い
られるプロトン伝導体を構成する、フラーレンを示す分
子構造図。
FIG. 5 is a molecular structure diagram showing fullerene constituting a proton conductor used in the electrochemical device according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態による電気化学素子の変形
例に用いられるプロトン伝導体を構成する、球体又は長
球、又はこれらに類似する閉じた面構造を有する種々の
炭素クラスターを示す分子構造図。
FIG. 6 is a molecule showing various carbon clusters having a spherical surface or a long sphere, or a closed surface structure similar to these, constituting a proton conductor used in a modification of the electrochemical device according to the embodiment of the present invention. Structural drawing.

【図7】本発明の実施の形態による電気化学素子の変形
例に用いられるプロトン伝導体を構成する、球構造の一
部が欠損し、構造中に開放端を有する炭素クラスターを
示す分子構造図。
FIG. 7 is a molecular structural diagram showing a carbon cluster having a part of a spherical structure missing and having an open end in the structure, which constitutes a proton conductor used in a modification of the electrochemical device according to the embodiment of the present invention. .

【図8】本発明の実施の形態による電気化学素子の変形
例に用いられるプロトン伝導体を構成する、大部分の炭
素原子がsp結合したダイヤモンド構造を持つ炭素ク
ラスターを示す分子構造図。
FIG. 8 is a molecular structure diagram showing a carbon cluster having a diamond structure in which most of the carbon atoms constitute an sp 3 bond, which constitutes a proton conductor used in a modification of the electrochemical device according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態による電気化学素子の変形
例に用いられるプロトン伝導体を構成する、複数のクラ
スターどうしが種々に結合した炭素クラスターを示す分
子構造図。
FIG. 9 is a molecular structure diagram showing a carbon cluster in which a plurality of clusters are variously combined, constituting a proton conductor used in a modification of the electrochemical device according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 平面配列型電気化学素子ユニット 3 平面配列型電気化学素子ユニット 5 平面配列型電気化学素子ユニット 7 平面配列型電気化学素子ユニット 10 発電素子 11 燃料電極導電性多孔質板 12 燃料電極層 13 プロトン伝導体層 14 酸素電極層 15 酸素電極導電性多孔質板 16 絶縁性プレート 17 絶縁性プレート 18 接続部 19 接続部 30 発電素子 50 発電素子 51 絶縁性プレート 52 水素吸蔵体 70 発電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Planar arrangement type electrochemical element unit 3 Planar arrangement type electrochemical element unit 5 Planar arrangement type electrochemical element unit 7 Planar arrangement type electrochemical element unit 10 Power generation element 11 Fuel electrode conductive porous plate 12 Fuel electrode layer 13 Proton conduction Body layer 14 Oxygen electrode layer 15 Oxygen electrode conductive porous plate 16 Insulating plate 17 Insulating plate 18 Connecting portion 19 Connecting portion 30 Power generating element 50 Power generating element 51 Insulating plate 52 Hydrogen storage element 70 Power generating element

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素電極層とプロトン伝導体層と燃料電
極層とが積層構造をなし、該酸素電極層と該燃料電極層
との間に該プロトン伝導体層が位置する発電素子が複数
設けられ、 隣り合う一の該発電素子の層と他の該発電素子の層と
が、積層方向と直交する層方向に略同一平面上に配列さ
れて直列接続され、該一の発電素子の該プロトン伝導体
層と該他の発電素子の該プロトン伝導体層とが同一平面
上に配列される平面配列型電気化学素子ユニットにおい
て、 該プロトン伝導体層の一方の側において、略同一平面上
に該一の発電素子の該燃料電極層と該他の発電素子の該
酸素電極層とが交互に配置され、 該プロトン伝導体層の他方の側において、略同一平面上
に該一の発電素子の該酸素電極層と該他の発電素子の該
燃料電極層とが交互に配置されていることを特徴とする
平面配列型電気化学素子ユニット。
An oxygen electrode layer, a proton conductor layer, and a fuel electrode layer form a laminated structure, and a plurality of power generating elements in which the proton conductor layer is located between the oxygen electrode layer and the fuel electrode layer are provided. Adjacent one layer of the power generation element and another layer of the power generation element are arranged in series on a substantially same plane in a layer direction orthogonal to the laminating direction and are connected in series, and the protons of the one power generation element are connected in series. In a planar array type electrochemical element unit in which a conductor layer and the proton conductor layer of the other power generation element are arranged on the same plane, one side of the proton conductor layer is substantially coplanar with the proton conductor layer. The fuel electrode layer of one power generation element and the oxygen electrode layer of the other power generation element are alternately arranged, and the other side of the proton conductor layer is substantially coplanar with the one power generation element. The oxygen electrode layer and the fuel electrode layer of the other power generation element are alternately arranged A planar array type electrochemical element unit characterized in that:
【請求項2】 少なくとも一の該発電素子の該燃料電極
層には、燃料透過性の燃料電極導電性多孔質板が該燃料
電極層に電気的に接続された状態で設けられ、 該一の発電素子に隣接配置された他の該発電素子の該酸
素電極層には、酸素透過性の酸素電極導電性多孔質板が
該酸素電極層に電気的に接続された状態で設けられ、 該燃料電極導電性多孔質板と該酸素電極導電性多孔質板
とは接続部で電気的に接続され、該接続部は、該燃料電
極導電性多孔質板中を透過する燃料と該酸素電極導電性
多孔質板中を透過する酸素との混合を遮断する遮断部を
なすことを特徴とする請求項1記載の平面配列型電気化
学素子ユニット。
2. The fuel electrode layer of at least one of the power generating elements is provided with a fuel-permeable fuel electrode conductive porous plate in a state of being electrically connected to the fuel electrode layer. An oxygen-permeable oxygen electrode conductive porous plate is provided on the oxygen electrode layer of another power generation element disposed adjacent to the power generation element in a state where the porous plate is electrically connected to the oxygen electrode layer. The electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are electrically connected at a connection portion, and the connection portion is connected to the fuel that passes through the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductivity. 2. The flat array type electrochemical element unit according to claim 1, wherein a blocking portion for blocking mixing with oxygen permeating through the porous plate is formed.
【請求項3】 該燃料電極層の内部には水素吸蔵体が充
填されていることを特徴とする請求項2記載の平面配列
型電気化学素子ユニット。
3. The planar array type electrochemical element unit according to claim 2, wherein the inside of the fuel electrode layer is filled with a hydrogen storage material.
【請求項4】 該接続部は、気体が通過不能な非多孔質
材料によって構成されていることを特徴とする請求項2
記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
4. The connecting part is made of a non-porous material through which gas cannot pass.
The planar array type electrochemical element unit according to the above.
【請求項5】 該燃料電極導電性多孔質板又は該酸素電
極導電性多孔質板は、カーボン布で構成されていること
を特徴とする請求項2記載の平面配列型電気化学素子ユ
ニット。
5. The flat array type electrochemical element unit according to claim 2, wherein the fuel electrode conductive porous plate or the oxygen electrode conductive porous plate is made of carbon cloth.
【請求項6】 該燃料電極導電性多孔質板又は該酸素電
極導電性多孔質板は、耐酸性の金属網で構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の平面配列型電気化学素
子ユニット。
6. The planar array type electrochemical element according to claim 2, wherein the fuel electrode conductive porous plate or the oxygen electrode conductive porous plate is formed of an acid-resistant metal net. unit.
【請求項7】 該燃料電極導電性多孔質板又は該酸素電
極導電性多孔質板は、発泡メタルで構成されていること
を特徴とする請求項2記載の平面配列型電気化学素子ユ
ニット。
7. The flat array type electrochemical element unit according to claim 2, wherein the fuel electrode conductive porous plate or the oxygen electrode conductive porous plate is made of a foamed metal.
【請求項8】 該燃料電極導電性多孔質板と該酸素電極
導電性多孔質板とは、同一平面上に配列され、一体であ
ることを特徴とする請求項2記載の平面配列型電気化学
素子ユニット。
8. The planar array type electrochemical device according to claim 2, wherein the fuel electrode conductive porous plate and the oxygen electrode conductive porous plate are arranged on the same plane and are integrated. Element unit.
【請求項9】 該接続部は非多孔質化されてなることを
特徴とする請求項8記載の平面配列型電気化学素子ユニ
ット。
9. The planar array type electrochemical element unit according to claim 8, wherein said connecting portion is made non-porous.
【請求項10】 該燃料電極層は燃料透過性の多孔質基
体により構成され、 該酸素電極層は酸素透過性の多孔質基体により構成さ
れ、 少なくとも一の該発電素子の該燃料電極層と、該一の発
電素子に隣接配置された他の該発電素子の該酸素電極層
とは、接続部で電気的に接続され、該接続部は、該燃料
電極層中を透過する燃料と、該酸素電極層中を透過する
酸素との混合を遮断する遮断部をなすことを特徴とする
請求項1記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
10. The fuel electrode layer is composed of a fuel-permeable porous substrate, the oxygen electrode layer is composed of an oxygen-permeable porous substrate, and at least one of the fuel electrode layers of the power generating element; The oxygen electrode layer of another power generation element disposed adjacent to the one power generation element is electrically connected at a connection portion, and the connection portion is formed by a fuel that passes through the fuel electrode layer and the oxygen gas. 2. The planar array type electrochemical element unit according to claim 1, wherein a blocking portion for blocking mixing with oxygen passing through the electrode layer is formed.
【請求項11】 該接続部は、気体が通過不能な非多孔
質材料によって構成されていることを特徴とする請求項
10記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
11. The flat array type electrochemical element unit according to claim 10, wherein said connecting portion is made of a non-porous material through which gas cannot pass.
【請求項12】 該燃料電極層と該酸素電極層とは、同
一平面に配列され、一体であることを特徴とする請求項
10記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
12. The flat array type electrochemical element unit according to claim 10, wherein said fuel electrode layer and said oxygen electrode layer are arranged on the same plane and are integrated.
【請求項13】 該接続部は非多孔質化されてなること
を特徴とする請求項12記載の平面配列型電気化学素子
ユニット。
13. The flat array type electrochemical element unit according to claim 12, wherein said connecting portion is made non-porous.
【請求項14】 該プロトン伝導体層は、炭素を主成分
とする炭素質材料を母体としプロトン解離性の基が導入
されてなるプロトン伝導体を含むことを特徴とする請求
項1記載の燃料電池。
14. The fuel according to claim 1, wherein the proton conductor layer contains a carbonaceous material containing carbon as a main component and a proton conductor into which a proton dissociating group is introduced. battery.
【請求項15】 該プロトン伝導体層はパーフルオロス
ルホン酸樹脂からなるプロトン伝導体を含むことを特徴
とする請求項1記載の燃料電池。
15. The fuel cell according to claim 1, wherein the proton conductor layer includes a proton conductor made of a perfluorosulfonic acid resin.
【請求項16】 該プロトン伝導体層は水管理を必要と
しない電解質膜により構成されていることを特徴とする
請求項1記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
16. The flat array type electrochemical element unit according to claim 1, wherein said proton conductor layer is constituted by an electrolyte membrane which does not require water management.
【請求項17】 該燃料電極層には、該燃料電極層へ燃
料を供給するための燃料供給部が設けられた絶縁性プレ
ートが対向して配置されていることを特徴とする請求項
1記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
17. The fuel electrode layer according to claim 1, wherein an insulating plate provided with a fuel supply section for supplying fuel to the fuel electrode layer is disposed to face the fuel electrode layer. Planar array type electrochemical element unit.
【請求項18】 該燃料供給部は、水素を供給するため
の水素供給路からなることを特徴とする請求項17記載
の平面配列型電気化学素子ユニット。
18. The flat array type electrochemical element unit according to claim 17, wherein said fuel supply section comprises a hydrogen supply path for supplying hydrogen.
【請求項19】 該燃料供給部は、水素吸蔵体を有して
いることを特徴とする請求項17記載の平面配列型電気
化学素子ユニット。
19. The flat array type electrochemical element unit according to claim 17, wherein the fuel supply section has a hydrogen storage body.
【請求項20】 該絶縁性プレートには、燃料電極層の
略全体に燃料を接触させるための蛇行型経路が形成され
ていることを特徴とする請求項17記載の平面配列型電
気化学素子ユニット。
20. The planar array type electrochemical element unit according to claim 17, wherein a meandering path for contacting the fuel with substantially the entire fuel electrode layer is formed in the insulating plate. .
【請求項21】 該酸素電極層には、該酸素電極層に酸
素を接触可能とするための酸素進入路が形成された絶縁
性プレートが設けられていることを特徴とする請求項1
記載の平面配列型電気化学素子ユニット。
21. The oxygen electrode layer is provided with an insulating plate having an oxygen entrance path for allowing oxygen to contact the oxygen electrode layer.
The planar array type electrochemical element unit according to the above.
【請求項22】 該絶縁性プレートには、酸素電極層の
略全体に燃料を接触させるための蛇行型経路が形成され
ていることを特徴とする請求項21記載の平面配列型電
気化学素子ユニット。
22. The planar array type electrochemical element unit according to claim 21, wherein a meandering path for making fuel contact with substantially the entire oxygen electrode layer is formed in the insulating plate. .
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