JP2004111307A

JP2004111307A - Fuel cell and reproducing apparatus therefor

Info

Publication number: JP2004111307A
Application number: JP2002274739A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiro Yoshizaki; 吉崎　敦浩; Katsuyuki Tanaka; 田中　克之
Original assignee: Hitachi Mobile Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Aftermarket Japan Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and a reproducing apparatus for the fuel cell solving the problem that, since a vehicle-mounted fuel cell stack is of large size, it is difficult for the fuel cell stack to be mounted on a mobile electronics device such as a cell-phone or a laptop. <P>SOLUTION: A fuel cell 1 comprises a fuel cell body 50 having cells 10, 20 in which electrolyte films 11, 12 are sandwiched between fuel electrodes 13, 23 including a hydrogen storage alloy and air electrodes 12, 22 respectively; a protection case (housing member) 60 having an air inlet hole (through hole) 61 formed in a semi-permeable membrane (film) 91 and housing the fuel cell body 50; water retention members (water content supply means) 81, 82, 83, 84; and thin film heaters (heating means) 71, 72. The cells 10, 20 are located so that the respective air electrodes 12, 22 of the one cell 10 and the other cell 20 of the cells 10, 20 face to each other, and a gap (space S) is formed between both air electrodes 12, 22. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池及び燃料電池の再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、負極に燃料を、正極に燃料を酸化する物質を、それぞれ連続的に供給して、化学反応を行わせ、その際のエネルギーの変化量を直接電気エネルギーに変換して発電する装置である。
【０００３】
例えば、自動車に搭載される燃料電池は、プロトン透過性を有する電解質膜を燃料極（負極）と空気極（正極）とで挟持してなる単セルが、多数積層して構成された燃料電池スタックと呼ばれる大型のものである。また、自動車には、この燃料電池スタックの他に、水素タンク、加熱装置、加湿装置等の各種装置が搭載され、一種の燃料電池システムが構築されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この他に燃料電池の構成に関する先行技術としては、図１４に示すように、水素吸蔵合金からなる燃料極（負極）５０１の両面を、イオン透過性を有する電解質膜５０２、５０２で挟み、その両外側を白金が担持された炭素電極５０３、５０３で挟持した構成の燃料電池５００が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２７２７３０号公報（第２−５頁、第１、３図）
【特許文献２】
米国特許第５５９９６４０号公報（第１頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した自動車に搭載される燃料電池スタックは大型であるので、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル電子機器に搭載するには困難であるという問題点があった。
なお、本明細書中において、モバイル電子機器とは、携帯電話、ノートパソコン、音楽・データの記録再生装置、電子手帳、電子辞書、時計等の携帯して持ち運び可能である電子機器を意味するものとする。
【０００７】
また、前記した特許文献１に記載された発明では、水素吸蔵合金からなる燃料極の両面が、電解質膜で挟持され、さらにその外側が空気極で挟持された構成となっているため、燃料電池の発電後に、水素吸蔵合金に水素を再び吸蔵させにくいという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点を解決した燃料電池及び燃料電池の再生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状の第１電解質膜を、第１燃料極と、第１空気極とで挟持してなる第１セルと、板状の第２電解質膜を、第２燃料極と、第２空気極とで挟持してなる第２セルとを有する燃料電池本体を備え、前記燃料電池本体の前記第１セルと前記第２セルは、前記第１空気極と前記第２空気極との間に隙間を設けて対向して配置され、且つ、前記第１燃料極と前記第２燃料極とが外側に配置されたことを特徴とする燃料電池である。また、前記燃料電池本体の前記第１セルと前記第２セルは、同一の向きで面方向に一列状で配置されたことを特徴とする燃料電池である。
【００１０】
このように燃料電池によれば、第１空気極と第２空気極との間の隙間に、又は、一列状に配置された第１空気極及び第２空気極の外側に沿って酸素又は酸素を含む空気（以下、空気と略称する）を供給することにより、第１空気極及び第２空気極に空気を供給することができる。したがって、第１空気極と第２空気極に別々に空気供給通路を設ける必要がないので、燃料電池を小さくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。第１実施の形態及び第２実施の形態は、本発明に係る燃料電池の一実施の形態及び他の実施の形態に関するものである。第３実施の形態は、本発明に係る燃料電池の再生装置の一実施の形態に関するものである。
なお、実施の形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。また、燃料電池の再生とは、燃料電池を構成する水素吸蔵金属を含んで形成された燃料極に水素を吸蔵させることを意味する。
【００１２】
［第１実施の形態］
まず、本発明に係る第１実施の形態の燃料電池について、図１から図７を参照して説明する。参照する図面において、図１は第１実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。また、図２は第１実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である。また、図３は第１実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体の構成を分解して示す斜視図である。また、図４（ａ）は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＸ−Ｘ’断面図であり、図４（ｂ）はＹ−Ｙ’断面図である。図５は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＺ−Ｚ’断面の一部を拡大して示した図面である。図６（ａ）、（ｂ）は、図２に示す第１実施の形態に係る燃料電池の保護ケースの空気取入孔に取り付けられる空気取入部材を示す図面である。図７は、第１実施の形態に係る燃料電池の発電状況を示す図面である。なお、説明の都合上、図２、図３に直交３軸を示す。
【００１３】
（燃料電池）
第１実施の形態に係る燃料電池１は、図１に示すように、例えば携帯電話、ノートパソコン、電子手帳、電子辞書、時計等のモバイル電子機器Ｐに着脱自在に取り付けられる電源である。しかし、第１実施の形態に係る燃料電池１はモバイル電子機器Ｐに取り付けられることに限らず、例えば自動車等の大型車両の電源として取り付けられても良い。
【００１４】
燃料電池１は、図２に示すように、燃料電池本体５０と、これを収容する収容部１００とを含んで構成されている。以下の説明において、まず、燃料電池本体５０について詳細に説明し、続いて、収容部１００について詳細に説明する。
また、特に記載しない限り、以下に説明する燃料電池１の各構成要素は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の絶縁材料から適宜選択して形成されている。
【００１５】
（燃料電池本体）
燃料電池本体５０は、図２、図３に示すように、単セル１０（第１セル）と、単セル２０（第２セル）と、これらを保持する保持部材３１、３２と、配線部材４３と、端子４１、４２とを含んで構成されている。
【００１６】
（単セル）
単セル１０（第１セル）は、板状の電解質膜１１（第１電解質膜）を、板状の空気極１２（第１空気極）と板状の燃料極１３（第１燃料極）で挟持して構成されている。すなわち、単セル１０は、空気極１２と電解質膜１１と燃料極１３とが重なって積層状に構成されたものである。
単セル２０（第２セル）は、板状の電解質膜２１（第２電解質膜）を、板状の空気極２２（第２空気極）と板状の燃料極２３（第２燃料極）で挟持して構成されている。
このように、単セル１０と単セル２０とは、同様の構成であり、また、同様の機能を備えるので、以下単セル１０について詳細に説明し、単セル２０についての説明は省略する。
【００１７】
（電解質膜）
電解質膜１１は、プロトン（Ｈ^＋）通過性を有するものであれば良く、例えばパーフルオロ型のスルホン酸膜等を使用することができる。
【００１８】
（空気極）
空気極１２は、供給される空気の透過性を有し、その表面で酸素の還元反応が容易に進行するように触媒が担持され、且つ通電するように導電性材料を含んで形成された板状の電極である。このような材料として例えば、炭素、白金を表面に担持した炭素や鉄、ニッケル、クロム、銅、白金、パラジウムのような金属やそれらの合金が挙げられる。このなかでも、発電効率や耐久性がよく、低コストという点では、ニッケル又はニッケル・クロム合金の多孔体、例えば粒状焼結体や発泡体を基材とし、その表面に白金、パラジウムのような貴金属をめっきしたものが好ましい。
また、図３に示すｙ方向における空気極１２の両端面（ｙ方向における手前の面と奥の面）には、絶縁剤が薄層で塗布されており、空気極１２から後記する保水部材８１、８３に通電して漏電しないようになっている（図５参照）。
【００１９】
（燃料極）
燃料極１３は、水素吸蔵合金又はその水素化物を含んで形成された板状の電極である。そして、図３に示すｙ方向における燃料極１３の両端面（ｙ方向における手前の面と奥の面）には、絶縁剤が薄層で塗布されており、燃料極１３から後記する保水部材８１、８３に通電して漏電しないようになっている（図５参照）。
また、水素吸蔵合金又はその水素化物としては、水素を可逆的に吸蔵・放出可能なものであれば特に種類に制限はなく、例えば、Ｍｇ_２Ｎｉ合金、Ｍｇ_２ＮｉとＭｇとの共晶合金のような、Ｍｇ_２Ｎｉ系合金、ＺｒＮｉ_２系合金、ＴｉＮｉ_２系合金などのラベス相系ＡＢ_２型合金、ＴｉＦｅ系合金のようなＡＢ型合金、ＬａＮｉ_５系合金のようなＡＢ_５型合金、ＴｉＶ_２系合金のようなＢＣＣ型合金から任意に選択して使用することができる。
【００２０】
このなかでも特に好ましいものとしては、ＬａＮｉ_４．７Ａｌ_０．３合金、ＭｍＮｉ_０．３５Ｍｎ_０．４Ａｌ_０．３Ｃｏ_０．７５合金（ただしＭｍはミッシュメタル）、ＭｍＮｉ_３．７５Ｃｏ_０．７５Ｍｎ_０．２０Ａｌ_０．３０合金（ただしＭｍはミッシュメタル）、Ｔｉ_０．５Ｚｒ_０．５Ｍｎ_０．８Ｃｒ_０．８Ｎｉ_０．４、Ｔｉ_０．５Ｚｒ_０．５Ｍｎ_０．５Ｃｒ_０．５Ｎｉ、Ｔｉ_０．５Ｚｒ_０．５Ｖ_０．７５Ｎｉ_１．２５、Ｔｉ_０．５Ｚｒ_０．５Ｖ_０．５Ｎｉ_１．５、Ｔｉ_０．１Ｚｒ_０．９Ｖ_０．２Ｍｎ_０．６Ｃｏ_０．１Ｎｉ_１．１、ＭｍＮｉ_３．８７Ｃｏ_０．７８Ｍｎ_０．１０Ａｌ_０．３８（ただしＭｍはミッシュメタル）等が挙げられる。
【００２１】
また、燃料極１３の基板材料としては、導電性材料であればよく、特に制限はないが、耐熱性を有するものが好ましい。このような材料として例えば、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、金、白金などの金属、これら同士又はこれらと他の元素との合金やＩｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２、ＬａＣｒＯ_３、ＬｉＮｉＯ_３、ＬａＣｏＯ_３、ＴｉＯ_２、ケイ素半導体などのセラミックスやグラファイトのような炭素材料を挙げることができる。
【００２２】
このように、燃料極１３を水素吸蔵合金又はその水素化物を含んで形成し、これに水素を吸蔵させることにより、従来の燃料電池に水素を供給する水素ボンベ等を設けて燃料電池に水素を供給する必要がないので、第１実施の形態に係る燃料電池１は、小型に且つ軽量とすることができる。
【００２３】
（保持部材）
保持部材３１、３２は、空気極１２と空気極２２との間に隙間を設けて対向した状態で、単セル１０と単セル２０とを保持するためのものである。すなわち、単セル１０と単セル２０とは、空気極１２と空気極２２と間に所定間隔を設けた状態で対峙し、単セル１０の燃料極１３と単セル２０の燃料極２３とが外側となるように配置されている。したがって、空気極１２と空気極２２との間には、図４（ａ）に示すように、空間Ｓが形成されている。
また、図３に示すｚ方向において、保持部材３１、３２で、単セル１０及び単セル２０を上下から挟持することで、空気極１２と空気極２２との間に所定の隙間を設けた状態で、燃料電池本体５０を組み立てることが可能となっており、単セル１０又は単セル２０が破損、破壊、汚染等したときには、容易に交換できるようになっている。この所定の間隔を狭くすると単セル１０を薄くすることができる。一方、所定の間隔を厚くすると空気が好適に拡散する。したがって、空気極１２と空気極２２の間隔は、燃料電池本体５０のコンパクトさと空気の拡散程度から決定される。
さらに、保持部材３１の頭部には、フランジ３１ｇが一体的に形成されており、後記する燃料電池の再生装置２２０の蓋部材２２２と係合するようになっている（図１１、図１２等参照）。
【００２４】
空間Ｓは、後記するように、ケース６０の空気取入孔６１と、半透膜９１と、キャップ９２とを介して、燃料電池１の外部と連通している。そして、空間Ｓは、空気極１２及び空気極２２に空気を供給するための流路であり、１つの空間Ｓで２つの空気極１２、２２に、空気を効率的に供給することが可能となっている。また、空間Ｓに供給される酸素を含む空気は気体であるので、空気極１２と空気極２２との隙間が狭くても、空気自体の拡散力により、空気極１２、２２の空間Ｓ側の表面全体に渡って、空気を供給することができる。
【００２５】
したがって、単セルを同一方向で積層して構成された従来の燃料電池スタックでは、各空気極に酸素を供給するための流路を設ける必要があったが、第１実施の形態に係る燃料電池１の燃料電池本体５０の構造は、２つの単セル１０、２０について、１つの空間Ｓを設けるのみで構成されているので、燃料電池本体５０、つまり、燃料電池１の厚さを薄くして小型化することができる。
【００２６】
また、燃料電池本体５０を、水素吸蔵合金を含んでなる燃料極１３、２３を外側に配置した基本構造とすることにより、水素を水素吸蔵合金に再注入（吸蔵）するときに、その両側から燃料極１３、２３に、例えば同時に効率よく再注入することができる（図１２参照）。
さらに、後記する燃料電池の再生装置２２０に、複数の燃料電池本体５０を並べて設置して、水素供給燃料を循環して供給することにより、複数の燃料電池本体５０に、例えば同時に効率よく、高速に再注入することができる。（図１１、図１２参照）
【００２７】
（配線部材）
配線部材４３は、単セル１０と単セル２０とを直列に接続するためのものであり、例えば銅等の導電性材料から適宜選択して形成することができる。第１実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、燃料極１３と空気極２２とを配線部材４３で接続して、単セル１０と単セル２０とが直列となるようにしたが、空気極１２と燃料極２３とを配線部材４３で接続して、単セル１０と単セル２０とが直列になるように構成しても良い。
【００２８】
このように、単セル１０と単セル２０とを直列に接続することにより、燃料電池本体５０、すなわち、燃料電池１の出力電圧を好適に上昇させることができる。
【００２９】
（端子）
端子４１、端子４２は、燃料電池本体５０と、燃料電池１が取り付けられるモバイル電子機器Ｐの電源受端子（図示しない）とを接続するためのものであり、例えば銅等の導電性材料から適宜選択して形成することが可能である。
端子４１は、その一端が空気極１２と例えば蝋付け等で接続されており、他端は、前記した保持部材３１に形成された貫通孔３１ａに挿通されて、燃料電池１の外表面に露出しており、図示しないモバイル電子機器Ｐの電源受端子（図示しない）と接続できるようになっている（図１、図３、図４（ａ）参照）。
端子４２は、その一端が燃料極２３と接続されており、端子４１と同様に他端は燃料電池１の外表面に露出している。
したがって、第１実施の形態に係る燃料電池１は、端子４１が正極であり、端子４２が負極となっている（図７参照）。
また、第１実施の形態においては、端子４１と空気極１２とを接続し、端子４２と燃料極２３とを接続したが、前記した配線部材４３の接続方法に対応して適宜変更しても良い。
【００３０】
続いて、燃料電池１の収容部１００について、詳細に説明する。
収容部１００は、図２に示すように、燃料電池本体５０を収容する保護ケース６０（収容部材）と、薄膜ヒータ７１、７２（加熱手段）と、保水部材８１、８２、８３、８４（水分供給手段）と、空気取入部材９０とを含んで構成されている。
【００３１】
（保護ケース）
保護ケース６０は、絶縁性材料から形成され上方が開いた箱体であり、その開口部から、燃料電池本体５０を挿入して収容できるようになっている。このように、燃料電池本体５０を保護ケース６０で収容することにより、燃料電池本体５０を破壊、破損、汚染等から保護することができる。また、保護ケース６０の外表面を例えばゴムシート等の弾性体で被覆することにより、振動等から好適に保護することが可能である。
さらに、燃料電池本体５０を保護ケース６０で収容することにより、燃料電池本体５０と外部とが遮断されて、密閉性が高まるので、発電中に生成する水分、及び、保水部材８１、８２、・・・に吸水された水分（図５、図７参照）を外部に漏れにくくすることが可能となり、また、前記した空間Ｓを加湿状態で好適に保持することができる。
また、保護ケース６０の側面には、収容された燃料電池本体５０の空間Ｓの両側に対応して、燃料電池１の外部から空間Ｓに空気を好適に供給できるように、複数の空気取入孔６１（貫通孔）が、それぞれ列状となって形成されている（図２、図４（ｂ）、図５参照）。つまり、保護ケース６０の外部と内部とは、空気取入孔６１を介して連通している。
【００３２】
（薄膜ヒータ）
薄膜ヒータ７１、７２は、燃料電池１の作動時、つまり、発電開始時に、水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３を加熱して、吸蔵された水素を分解して水素イオン及び電子を促進して発生させるためのものである（図７参照）。
薄膜ヒータ７１、７２は、保護ケース６０に収容された燃料電池本体５０の外側の燃料極１３、２３に対応するように、保護ケース６０の外側に一体的に取り付けられている。薄膜ヒータ７１と薄膜ヒータ７２とは、同様の構成であり、同様の機能を備えるので、以下、薄膜ヒータ７１について詳細に説明し、薄膜ヒータ７２についての説明は省略する。
【００３３】
薄膜ヒータ７１には、端子７１ａ、７１ｂが設けられており、保護ケース６０に燃料電池本体５０が収容されたときに、端子７１ａ、７１ｂが前記した燃料電池本体５０の保持部材３１に形成された貫通孔３１ｃ、３１ｄにそれぞれ挿通して、端子７１ａ、７１ｂの端部が、燃料電池１の外表面に露出するようになっている（図１参照）。
この露出した端子７１ａ、７１ｂの端部は、燃料電池１がモバイル電子機器Ｐに取り付けられたときに、モバイル電子機器Ｐのバックアップ電源（図示しない）と、ＣＰＵ等を含んで構成された燃料電池作動制御装置（図示しない）とに接続されるようになっている（図７参照）。そして、燃料電池１の作動時には、この燃料電池作動制御装置（図示しない）により、バックアップ電源（図示しない）から電流が所定時間、薄膜ヒータ７１に通電して、薄膜ヒータ７１が発熱し、水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極２３が加熱されるようになっている。さらに、前記した所定時間後は、電池反応自体が発熱反応であるので、燃料電池本体５０自体が発熱し、この熱により燃料極１３、２３が加熱されるようになっている。つまり、所定時間経過後は、バックアップ電源からの電流は不要である。また、所定時間とは、例えば燃料電池１が自立的に、電力を供給できるようになるまでの時間を意味する。
【００３４】
このように薄膜ヒータ７１、７２を備えることにより、燃料電池１の作動開始時において、好適に水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３を加熱して、水素イオン及び電子を発生させて、燃料電池１を好適に作動（発電）することができる。
【００３５】
（保水部材）
保水部材８１、８２、８３、８４は、水分を吸収・保水して電解質膜１１、２１に供給、または，空間Ｓ内で拡散する酸素を加湿するためのものであり、例えば、公知であるポリアクリル酸塩系のゲル等の高分子吸水材料から適宜選択して形成することができる。
保水部材８１と保水部材８２、保水部材８３と保水部材８４とは、それぞれ一対となって、前記した列状の複数の空気取入孔６１の両側に、複数の保護ケース６０の内側から、互いに離間して取り付けられている（図２、図５参照）。このように、保水部材８１と保水部材８２、保水部材８３と保水部材８４、とを離間することにより、図５に示すように、電解質膜１１と電解質膜２１とが電気的に遮断されており、漏電しないようになっている。
【００３６】
また、保水部材８３、８４は、図５示すように、発電中に空気極１２、２２側から生成する水（Ｈ_２Ｏ）を吸水して、電解質膜１１、２１に供給できるようになっている。したがって、電解質膜１１、２１は、常に湿潤状態を保持することができるので、その内部を好適にプロトン（Ｈ^＋）は移動でき、継続して発電することができる。保水部材８１と保水部材８２についても同様である。
さらに、保護ケース６０に燃料電池本体５０を挿入して収容するときに、事前に保水部材８１、８２、・・・に適宜な量の水分を保水させておくことも可能である。
【００３７】
（空気取入部材）
空気取入部材９０は、図６（ａ）に示すように、気体を透過して水を透過しない膜として使用した円形の半透膜９１（膜）と、有底円筒体状のキャップ９２とを含んで構成されている。半透膜９１は、空気（少なくとも酸素）が通過するが水分は通過しない材質で形成されており、キャップ９２は空気が好適に通過するメッシュ状に形成されている。そして、半透膜９１が保護ケース６０の内側となるように、且つ、キャップ９２の底が外側となるようにして、保護ケース６０の空気取入孔６１に嵌合されて、適宜な方法で一体的に固定されている。
【００３８】
このようにキャップ９２を設けることにより、半透膜９１が外部から破損されにくくなっている。また、保護ケース６０に形成された複数の空気取入孔６１に、半透膜９１を設けることにより、空気が燃料電池１の外部から半透膜９１を通過して空間Ｓに供給されるが、空間Ｓから外部には水分が漏れないようになっている。したがって、燃料電池１をモバイル電子機器Ｐに搭載中に、水分が漏れてモバイル電子機器Ｐが破壊、破損されてしまうことを防止できるようになっている。
また、キャップ９２の代わりに、図６（ｂ）に示すように、取り付け方向を中心軸として位相がずれるように形成された貫通孔を有するカバー９３、９４を使用してもよい。
【００３９】
以上説明したように、保護ケース６０に燃料電池本体５０を収納した燃料電池１の構成とすることにより、従来の自動車搭載用の燃料電池ように、水素ボンベ等の周辺補機が不要であるので小型且つ軽量にすることができる。したがって、第１実施の形態に係る燃料電池１は、モバイル電子機器Ｐ等に好適に取り付けて使用することができる。また、言うまでもなくもちろん、第１実施の形態に係る燃料電池１は自動車等にも好適に搭載することができる。
【００４０】
また、保護ケース６０に薄膜ヒータ７１、７２、保水部材８１、８２・・・との付属装置を装備したことにより、薄膜ヒータ７１、７２、保水部材８１、８２、・・・等を取り外したりすることなく、燃料電池本体５０を保護ケース６０から取り出すのみで、容易に、後記する燃料電池の再生装置２２０で、燃料極１３、２３の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることが可能である。
【００４１】
さらに、以上説明した燃料電池１を搭載するモバイル電子機器Ｐは、従来のリチウムイオン式の二次電池等を搭載した場合と比較して、長時間、好適に使用することが可能となる。
【００４２】
続いて、第１実施の形態に係る燃料電池１の作用について図７を参照して説明する。
モバイル電子機器Ｐに燃料電池１を取り付ける。
モバイル電子機器Ｐのメイン電源をＯＮ（図示しない）にすると、燃料電池作動制御装置（図示しない）により、モバイル電子機器Ｐの補助電源（図示しない）に接続した薄膜ヒータ７１、７２が発熱して、燃料極１３、２３が加熱される。そして、燃料極１３と電解質膜１１の界面では、水素イオン（Ｈ^＋）と電子（ｅ⁻）が生成する。燃料極２３と電解質膜２１の界面においても同様である。
【００４３】
水素イオンは、湿潤状態の電解質膜１１内を通って空気極１２側に移動する。一方、電子は配線部材４３を経由して空気極２２側に移動する。そして、空気極２２では、この電子と、燃料極２３側から電解質膜２１内を通って移動してきた水素イオンと、空間Ｓから供給された酸素とが、触媒により反応し、水が生成する。
燃料極２３で生成した電子は、端子４２からモバイル電子機器Ｐ内の回路（負荷）を経由した後、端子４１を通って空気極１２に移動する。そして、空気極１２においても同様に水が生成する。
このように生成した水は、空気極１２、２２から空間Ｓに排出されて、保水部材８１、８２、・・・に吸水された後、電解質膜１１又は電解質膜１２に供給される（図５参照）。よって、電解質膜１１、２１は湿潤状態を保持することができる。
また、酸素を含んだ空気が、半透膜９１を通過して、燃料電池１の外部から連続的に空間Ｓに供給されており、酸素自体の拡散力により、空気極１２、２２の表面全域にわたって供給されている（図４（ｂ）、図５参照）。
【００４４】
そして、所定時間経過後、モバイル電子機器Ｐの燃料電池作動制御装置（図示しない）により、薄膜ヒータ７１、７２による加熱は停止される。しかし、電池反応の進行に伴う、燃料電池５０自体の発熱により、燃料極１３、２３が継続して加熱されるので、燃料電池１の発電は好適に継続される。
【００４５】
モバイル電子機器Ｐの使用終了時には、そのメイン電源（図示しない）をＯＦＦすることにより、回路が遮断されると燃料電池１の発電が終了する。また、燃料極１３、２３に吸蔵された水素が消滅しても（消費されても）、燃料電池１の発電は終了する。
【００４６】
［第２実施の形態］
次に、本発明の第２実施の形態に係る燃料電池について、図８から図１０を参照して説明する。参照する図面において、図８は第２実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。図９は第２実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である。図１０は図８に示す第２実施の形態に係る燃料電池のＴ−Ｔ’断面図である。
【００４７】
第２実施の形態に係る燃料電池２は、図８に示すように第１実施の形態に係る燃料電池１と同様に、モバイル電子機器Ｐに着脱自在に取り付けられる電源である。
そして、図９に示すように、燃料電池２は、燃料電池本体５１と、これが収容される収容部１０１とを含んで構成されている。
【００４８】
第２実施の燃料電池本体５１は、第１実施の形態と同様に、図９に示すように、単セル１０（第１セル）と、単セル２０（第２セル）と、これらを保持する保持部材３３、３４と、配線部材４６と、端子４４、４５とを含んで構成されている。
【００４９】
第２実施の形態に係る単セル１０と単セル２０とは、電解質膜１１（第１電解質膜）と電解質膜２１（第２電解質膜）、空気極１２（第１空気極）と空気極２２（第２空気極）、燃料極１３（第１燃料極）と燃料極２３（第２燃料極）とがそれぞれ同一平面状で、つまり、単セル１０と単セル２０とが同一の向きで、面方向において一列状となるように、保持部材３３、３４で配置されている。但し、単セル１０と単セル２０とが接触して漏電しないように、隙間を設けて配置されている。
また、保持部材３３には、フランジ３３ｇが形成されており、後記する燃料電池の再生装置２００の蓋部材２２２と係合するようになっている。
【００５０】
燃料極１３と空気極２２とは、配線部材４６により接続されており、燃料極２３に端子４４が、空気極１２に端子４５が接続されている。すなわち、単セル１０と単セル２０とは直列に接続されている。このように単セル１０と単セル２０とを直列に接続することにより、好適に燃料電池２の出力電圧を上昇させることができる。
【００５１】
収容部１０１は、図９に示すように、燃料電池本体５１を収容する保護ケース６２（収容部材）と、薄膜ヒータ７３（第１及び第２加熱手段）と、保水部材８１（第２水分供給手段）、保水部材８３（第１水分供給手段）と、空気取入部材９０とを含んで構成されている。
【００５２】
そして、図９、図１０に示すように、燃料電池本体５１を保護ケース６２に収容したときに、単セル１０の空気極１２及び単セル２０の空気極２２の外側に沿って空間Ｓが形成されるようになっている。この１つの空間Ｓで２つの空気極１２と空気極２２とに空気を効率的に供給できるようになっている。また、この空間Ｓに対応して、保護ケース６２の側面には、複数の空気取入孔６３（貫通孔）が形成されており、この空気取入孔６３に半透膜９１を含んでなる空気取入部材９０が設けられている。
【００５３】
このように第２実施の形態に係る燃料電池２は、単セル１０と単セル２０とを、同一の向きで面方向に一列状に配置したことにより、燃料電池本体５１は、第１実施の形態に係る燃料電池本体５０と比較して、面方向に大きくなるが、厚さをさらに薄く形成することができる。したがって、燃料電池２を薄く構成することができるので、例えばノートパソコン等の薄型のモバイル電子機器Ｐには好適に取り付けて使用することができる。
【００５４】
［第３実施の形態］
次に、本発明の第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置について図１１から図１３を参照して説明する。参照する図面において、図１１は第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置の斜視図である。図１２は、図１１に示す第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置のＷ−Ｗ’断面図である。図１３は、第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置を備えた再生システムの配置説明図である。
なお、第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置は、第１実施の形態で説明した燃料電池１及び第２実施の形態で説明した燃料電池２を構成する水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３に水素を吸蔵させる装置である。
【００５５】
まず、第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置（以下、再生装置と略称する）２２０の構成について説明する。また、以下に説明する各構成要素は耐薬品性を有する材料で形成されるか、又は適宜な耐薬品性材料で被覆されたものであることが好ましい。
【００５６】
再生装置２２０は、図１１に示すように、水素燃料が貯留される容器２２１と、蓋部材２２２（保持手段）とから構成されている。
【００５７】
容器２２１は、上方が開口した箱体であり、その開口部に蓋をするようにして蓋部材２２２が設けられている。そして、容器２２１には、図示しない撹拌装置が設けられており、貯留した水素燃料を好適に撹拌できるようになっている。
【００５８】
蓋部材２２２には、取付孔２２２ａと取付孔２２２ｂとが形成されている。
取付孔２２２ａには、第１実施の形態で説明した燃料電池本体５０が挿通されて、前記したフランジ３１ｇが蓋部材２２２と係合することにより、水素吸蔵合金を含んでなる燃料極１３、２３が水素燃料中に保持されるようになっている。取付孔２２２ｂには、第２実施の形態で説明した燃料電池本体５１が挿通されて、フランジ３３ｇが蓋部材２２２と係合することにより、燃料極１３、２３が水素燃料中に保持されるようになっている。また、取付孔２２２ｂは、１対となって形成されており、例えば、２つの第２実施の形態に係る燃料電池本体５１、５１に水素を吸蔵させるときに、互いの燃料極１３、２３が外側となるように設置できるようになっている。
【００５９】
このように、蓋部材２２２に複数の燃料電池本体５０、５１を設置できるので、複数の燃料極１３、２３の水素吸蔵合金に水素を、例えば、同時に効率よく、高速に再注入することが可能となっている。
また、燃料極１３、２３が外側となるように設置できるので、図１２に示すように、各燃料極の外側から好適に水素吸蔵合金に水素を吸蔵することができる。
【００６０】
水素燃料としては、水素ガスを直接、容器２２１内部に供給する方法を利用することもできるが、金属水素錯化合物をアルカリ性水溶液に溶解して生成した水素燃料を供給する安全性の高い方法について説明する。
【００６１】
金属水素錯化合物としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ_４）、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ_４）、水素化ホウ素亜鉛［Ｚｎ（ＢＨ_４）_２］、水素化ホウ素カルシウム［Ｃａ（ＢＨ_４）_２］等から適宜選択して使用することができる。
アルカリ性水溶液を形成するために、水に添加されるアルカリ性物質としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物や、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドのような第四アルキルアンモニウム化合物等から適宜選択して使用することができる。
【００６２】
また、第３実施の形態に係る再生装置２２０は、例えば、図１３に示すように、水素燃料供給部２１０と水素燃料回収部２３０と組み合わせて、燃料電池の再生システム２００を構築することにより、好適に燃料電池を再生することができる。
【００６３】
燃料電池の再生システム２００は、第３実施の形態に係る再生装置２２０と、その上流側に配置される水素燃料供給部２１０と、再生装置２２０の下流側に配置される水素燃料回収部２３０とを含んで構成されている。
【００６４】
水素燃料供給部２１０は、上流側から、水素燃料が貯蔵されている水素燃料タンク２１１と、電動ポンプ２１２と、電磁バルブ２１３と、流量計２１４とが、配管を介して連通して構成されており、この水素燃料供給部の下流に、燃料電池の再生装置２２０が接続している。
【００６５】
水素燃料タンク２１１は、水素燃料を貯蔵するためのものである。
電動ポンプ２１２は水素燃料を再生装置２２０に供給するためのものである。
流量計２１４は、供給される水素燃料の量を測定するためのものであり、燃料電池本体５０、５１の数等に応じて、水素燃料の量を視認しながら、電磁バルブ２１３の開閉度または電動ポンプ２１２の駆動を調節して、供給量を調節することができる。
【００６６】
水素燃料回収部２３０は、燃料電池の再生装置２２０の下流側から、電動ポンプ２３２と、固液分離装置２３３とが配管を介して連通して構成されている。
電動ポンプ２３２は、固液分離装置２３３に加圧して供給して効果的に分離するためのものである。
固液分離装置２３３は、例えばろ過膜を備えており、水素の吸蔵後に生成する沈殿物等を除去して精製するためのものである。
そして、固液分離装置２３３の下流側は、電動ポンプ２３４と配管とを介して、前記した水素燃料タンク２１１に連通しており、精製後の水素燃料が回収されるようになっている。
【００６７】
以上のように構成した燃料電池の再生システム２００により、燃料電池本体５０、５１の水素吸蔵合金に、効率的に且つ効果的に、水素を吸蔵させることができる。
【００６８】
（変形例）
以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような、適宜変更が可能である
【００６９】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、単セル１０と単セル２０とを直列に接続して、燃料電池１の出力電圧を上昇させたが、その他に例えば、単セル１０と単セル２０とを適宜な配線部材で並列に接続してもよい。このように並列に接続すると、燃料電池の発電時間を長くすることができる。
【００７０】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、薄膜ヒータ７１、７２を備えて水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３を加熱する構成としたが、その他に例えば、ペルチェ効果を奏する半導体を設けて加熱してもよいし、また、モバイル電子機器Ｐのファンから送られる熱風が燃料極１３、２３の周囲に供給されるような流路を設けて燃料極１３、２３が加熱されるように構成してもよい。
【００７１】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、単セル１０と単セル２０とを各一個づつ備えて燃料電池本体５０を構成したが、その他に例えば、単セル１０と単セル２０を、複数備えて燃料電池本体５０を構成してもよい。この場合、単セル１０、単セル２０は、適宜自由に、直列に接続してもよいし、並列に接続してよい。
すなわち、第１実施の形態及び第２実施の形態では、単セル１０と単セル２０の２つを並べる構成であったが、さらに、横方向に第１実施の形態又は第２実施の形態に係る単セル、燃料電池本体、又は、燃料電池を並べて配置して、３つ、４つ、あるいはそれ以上並べる構成としてもよい。このように構成しても、本発明の技術的範囲に属するものである。また、第１実施の形態と第２実施の形態に係る燃料電池を、つなぎ組み合わせてもよい。
【００７２】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、空気取入孔６１、６３に複数の半透膜９１を設けて、保護ケース６０、６２内の水分が外部に漏れないように構成したが、その他に例えば、空気取入孔６１、６３をスパイラル状に形成して、空間Ｓ内の水分が燃料電池１の外部に漏れにくくなるようにしても良い。
【００７３】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、薄膜ヒータ７２が第１加熱手段に、薄膜ヒータ７１が第２加熱手段に相当するように別々に設けて燃料電池１を構成したが、適宜な形状の１つの薄膜ヒータで、燃料極１３、２３が加熱できるように燃料電池を構成しても良い。すなわち、第１加熱手段と第２加熱手段とが実質的に同一の構成要素に相当してもよい。また、第１水分供給手段と第２水分供給手段についても同様である。
【００７４】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、薄膜ヒータ７１、７２は、燃料電池１が取り付けられるモバイル電子機器Ｐのバックアップ電源（図示しない）により、通電され加熱されるとしたが、この他に例えば、燃料電池１自体に小型のボタン型電池等の補助電源を追加して設けて、この補助電源により薄膜ヒータ７１、７２に通電されて加熱されるようにしても良い。
【００７５】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、保持部材３１、３２・・・により、組み立て自在で、単セル１０と単セル２０とが所定の配置に保持されるとしたが、その他に例えば、単セル１０と単セル２０とを所定の配置に保持し、その端面側を合成樹脂の流し込みに成型して燃料電池本体５０、５１を構成しても良い。
【００７６】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、保護ケース６０、６２に形成した空気取入孔６１、６３を通過して、酸素を含む空気が自体の拡散力により空間Ｓに導入されるとしたが、その他に例えば、加圧機を用いて空気を空間Ｓに送り込むようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、小型の燃料電池及び燃料電池の再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。
【図２】第１実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である。
【図３】第１実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体の構成を分解して示す斜視図である。
【図４】（ａ）は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＸ−Ｘ’断面図であり、（ｂ）は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体のＹ−Ｙ’断面図である。
【図５】図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＺ−Ｚ’断面の一部を示した図面である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、図２に示す第１実施の形態に係る燃料電池の保護ケースの空気取入孔に取り付けられる空気取入部材を示す図面である。
【図７】第１実施の形態に係る燃料電池の発電状況を示す図面である。
【図８】第２実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。
【図９】第２実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である
【図１０】図８に示す第２実施の形態に係る燃料電池のＴ−Ｔ’断面図である。
【図１１】第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置の斜視図である。
【図１２】図１１に示す第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置のＷ−Ｗ’断面図である。
【図１３】第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置を備えた燃料電池の再生システムの配置説明図である。
【図１４】従来の燃料電池の構成を示す図面である。
【符号の説明】
１、２　　　燃料電池
１０　　　　単セル（第１セル）
１１　　　　電解質膜（第１電解質膜）
１２　　　　空気極（第１空気極）
１３　　　　燃料極（第１燃料極）
２０　　　　単セル（第２セル）
２１　　　　電解質膜（第２電解質膜）
２２　　　　空気極（第２空気極）
２３　　　　燃料極（第２燃料極）
５０、５１　燃料電池本体
６０、６２　保護ケース（収容部材）
６１、６３　空気取入孔（貫通孔）
７１、７２、７３　薄膜ヒータ（第１加熱手段、第２加熱手段）
８１、８２、８３、８４　保水部材（第１水分供給手段、第２水分供給手段）
９１　　　　半透膜（膜）
２２０　　　燃料電池の再生装置
２２１　　　容器
２２２　　　蓋部材（保持手段）
Ｓ　　　　　空間
Ｐ　　　　　モバイル電子機器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell regeneration device.
[0002]
[Prior art]
Fuel cells are devices that continuously supply a fuel to the negative electrode and a substance that oxidizes the fuel to the positive electrode, cause a chemical reaction, and directly convert the change in energy at that time into electric energy to generate power. It is.
[0003]
For example, a fuel cell mounted on an automobile is a fuel cell stack formed by stacking a large number of single cells each having a proton-permeable electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode (negative electrode) and an air electrode (positive electrode). It is a large one called. Further, in addition to the fuel cell stack, various devices such as a hydrogen tank, a heating device, and a humidifying device are mounted on an automobile, and a kind of fuel cell system is constructed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
As another prior art relating to the configuration of a fuel cell, as shown in FIG. 14, both surfaces of a fuel electrode (negative electrode) 501 made of a hydrogen storage alloy are sandwiched between electrolyte membranes 502 having ion permeability and both of them. A fuel cell 500 having a configuration in which the outside is sandwiched between carbon electrodes 503 supporting platinum is proposed (see Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-272730 (pages 2-5, FIGS. 1, 3)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 5,599,640 (page 1, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the fuel cell stack mounted on the above-described automobile is large, there is a problem that it is difficult to mount the fuel cell stack on mobile electronic devices such as a mobile phone and a notebook personal computer.
In this specification, a mobile electronic device means a portable electronic device such as a mobile phone, a notebook computer, a music / data recording / reproducing device, an electronic organizer, an electronic dictionary, and a clock. And
[0007]
Further, in the invention described in Patent Document 1 described above, both surfaces of the fuel electrode made of a hydrogen storage alloy are sandwiched by the electrolyte membrane, and the outside thereof is sandwiched by the air electrode. However, there is a problem that it is difficult to store hydrogen again in the hydrogen storage alloy after the power generation.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell and a fuel cell regenerating apparatus which solve such a problem.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a first cell in which a plate-shaped first electrolyte membrane is sandwiched between a first fuel electrode and a first air electrode, and a plate-shaped second electrolyte membrane formed of a second fuel electrode and a second fuel electrode. A fuel cell main body having a second cell sandwiched between the two air electrodes, wherein the first cell and the second cell of the fuel cell main body are formed of the first air electrode and the second air electrode. A fuel cell, wherein the fuel cell is arranged to face each other with a gap therebetween, and the first fuel electrode and the second fuel electrode are arranged outside. Further, the fuel cell is characterized in that the first cell and the second cell of the fuel cell main body are arranged in a line in the same direction in a plane direction.
[0010]
As described above, according to the fuel cell, oxygen or oxygen is provided in the gap between the first air electrode and the second air electrode or along the outside of the first air electrode and the second air electrode arranged in a line. By supplying air containing air (hereinafter abbreviated as air), air can be supplied to the first air electrode and the second air electrode. Therefore, since it is not necessary to provide separate air supply passages for the first air electrode and the second air electrode, the size of the fuel cell can be reduced.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The first embodiment and the second embodiment relate to one embodiment of the fuel cell according to the present invention and other embodiments. The third embodiment relates to one embodiment of the fuel cell regeneration device according to the present invention.
In the description of the embodiments, the same components will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Regeneration of a fuel cell means that hydrogen is stored in a fuel electrode including a hydrogen storage metal constituting the fuel cell.
[0012]
[First Embodiment]
First, a fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a drawing showing a mounting state of the fuel cell according to the first embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a part of the configuration of the fuel cell according to the first embodiment. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the fuel cell body of the fuel cell according to the first embodiment. FIG. 4A is a sectional view taken along line XX ′ of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a sectional view taken along line YY ′. FIG. 5 is an enlarged view of a part of the cross section taken along the line ZZ ′ of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. FIGS. 6A and 6B are views showing an air intake member attached to the air intake hole of the protection case of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a power generation state of the fuel cell according to the first embodiment. For convenience of description, FIGS. 2 and 3 show three orthogonal axes.
[0013]
(Fuel cell)
As shown in FIG. 1, a fuel cell 1 according to the first embodiment is a power supply detachably attached to a mobile electronic device P such as a mobile phone, a notebook computer, an electronic organizer, an electronic dictionary, and a clock. However, the fuel cell 1 according to the first embodiment is not limited to being mounted on the mobile electronic device P, and may be mounted as a power source for a large vehicle such as an automobile.
[0014]
As shown in FIG. 2, the fuel cell 1 includes a fuel cell main body 50 and an accommodating section 100 for accommodating the same. In the following description, first, the fuel cell main body 50 will be described in detail, and then, the housing section 100 will be described in detail.
Unless otherwise specified, each component of the fuel cell 1 described below is formed by appropriately selecting an insulating material such as polycarbonate (PC) or fiber reinforced plastic (FRP).
[0015]
(Fuel cell body)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell body 50 includes a single cell 10 (first cell), a single cell 20 (second cell), holding members 31 and 32 for holding these, and a wiring member 43. And terminals 41 and 42.
[0016]
(Single cell)
The single cell 10 (first cell) includes a plate-shaped electrolyte membrane 11 (first electrolyte membrane) and a plate-shaped air electrode 12 (first air electrode) and a plate-shaped fuel electrode 13 (first fuel electrode). It is configured to be sandwiched. That is, the unit cell 10 is configured such that the air electrode 12, the electrolyte membrane 11, and the fuel electrode 13 are stacked and stacked.
In the single cell 20 (second cell), a plate-shaped electrolyte membrane 21 (second electrolyte membrane) is formed by a plate-shaped air electrode 22 (second air electrode) and a plate-shaped fuel electrode 23 (second fuel electrode). It is configured to be sandwiched.
As described above, since the single cell 10 and the single cell 20 have the same configuration and the same function, the single cell 10 will be described in detail below, and the description of the single cell 20 will be omitted.
[0017]
(Electrolyte membrane)
The electrolyte membrane 11 has a proton (H ⁺ ) Any material may be used as long as it has permeability, for example, a perfluoro-type sulfonic acid membrane or the like can be used.
[0018]
(Air electrode)
The air electrode 12 is permeable to supplied air, a catalyst is supported on the surface of the air electrode 12 to facilitate the reduction reaction of oxygen, and a plate formed of a conductive material so as to conduct electricity. Electrode. As such a material, for example, carbon having carbon and platinum supported on its surface, metal such as iron, nickel, chromium, copper, platinum and palladium, and alloys thereof are exemplified. Among them, the power generation efficiency and durability are good, and in terms of low cost, a porous body of nickel or a nickel-chromium alloy, for example, a granular sintered body or a foam body is used as a base material, and platinum, palladium, etc. Those plated with a noble metal are preferred.
Further, a thin layer of an insulating agent is applied to both end surfaces (the front surface and the rear surface in the y direction) of the air electrode 12 in the y direction shown in FIG. , 83 to prevent leakage (see FIG. 5).
[0019]
(Fuel electrode)
The fuel electrode 13 is a plate-like electrode formed to include a hydrogen storage alloy or a hydride thereof. Then, a thin layer of an insulating agent is applied to both end surfaces (front and rear surfaces in the y direction) of the fuel electrode 13 in the y direction shown in FIG. , 83 to prevent leakage (see FIG. 5).
The type of the hydrogen storage alloy or its hydride is not particularly limited as long as it can store and release hydrogen reversibly. ₂ Ni alloy, Mg ₂ Mg, such as a eutectic alloy of Ni and Mg ₂ Ni-based alloy, ZrNi ₂ Alloy, TiNi ₂ Labes phase AB such as base alloy ₂ Alloys, AB alloys such as TiFe alloys, LaNi ₅ AB like base alloy ₅ Mold alloy, TiV ₂ It can be arbitrarily selected and used from BCC type alloys such as a base alloy.
[0020]
Among them, particularly preferred is LaNi. _4.7 Al _0.3 Alloy, MmNi _0.35 Mn _0.4 Al _0.3 Co _0.75 Alloy (Mm is misch metal), MmNi _3.75 Co _0.75 Mn _0.20 Al _0.30 Alloy (Mm is misch metal), Ti _0.5 Zr _0.5 Mn _0.8 Cr _0.8 Ni _0.4 , Ti _0.5 Zr _0.5 Mn _0.5 Cr _0.5 Ni, Ti _0.5 Zr _0.5 V _0.75 Ni _1.25 , Ti _0.5 Zr _0.5 V _0.5 Ni _1.5 , Ti _0.1 Zr _0.9 V _0.2 Mn _0.6 Co _0.1 Ni _1.1 , MmNi _3.87 Co _0.78 Mn _0.10 Al _0.38 (Where Mm is misch metal).
[0021]
The substrate material of the fuel electrode 13 is not particularly limited as long as it is a conductive material, and a material having heat resistance is preferable. Examples of such a material include metals such as iron, nickel, chromium, aluminum, titanium, zirconium, gold, and platinum; alloys of these with each other or with other elements; ₂ O ₃ -SnO ₂ , LaCrO ₃ , LiNiO ₃ , LaCoO ₃ , TiO ₂ And carbon materials such as ceramics and graphite such as silicon semiconductors.
[0022]
As described above, the fuel electrode 13 is formed by including a hydrogen storage alloy or a hydride thereof, and hydrogen is stored therein, so that a hydrogen cylinder or the like that supplies hydrogen to a conventional fuel cell is provided to supply hydrogen to the fuel cell. Since there is no need to supply the fuel, the fuel cell 1 according to the first embodiment can be reduced in size and weight.
[0023]
(Holding member)
The holding members 31 and 32 hold the unit cells 10 and 20 in a state where a gap is provided between the air electrode 12 and the air electrode 22 so as to face each other. That is, the unit cell 10 and the unit cell 20 face each other with a predetermined interval provided between the cathode 12 and the cathode 22, and the fuel electrode 13 of the unit cell 10 and the fuel electrode 23 of the unit cell 20 are located outside. It is arranged so that it becomes. Therefore, a space S is formed between the air electrode 12 and the air electrode 22, as shown in FIG.
Further, in the z direction shown in FIG. 3, the holding members 31 and 32 sandwich the unit cell 10 and the unit cell 20 from above and below to provide a predetermined gap between the air electrode 12 and the air electrode 22. Thus, the fuel cell main body 50 can be assembled, and when the unit cell 10 or the unit cell 20 is damaged, broken, contaminated, or the like, it can be easily replaced. When the predetermined interval is reduced, the unit cell 10 can be made thinner. On the other hand, if the predetermined interval is made thicker, the air diffuses favorably. Therefore, the distance between the cathode 12 and the cathode 22 is determined by the compactness of the fuel cell body 50 and the degree of air diffusion.
Further, a flange 31g is integrally formed on the head of the holding member 31 so as to engage with a lid member 222 of a fuel cell regenerating device 220 described later (FIGS. 11, 12 and the like). reference).
[0024]
The space S communicates with the outside of the fuel cell 1 via an air intake hole 61 of the case 60, a semipermeable membrane 91, and a cap 92, as described later. The space S is a flow path for supplying air to the air electrode 12 and the air electrode 22, and can efficiently supply air to the two air electrodes 12 and 22 in one space S. Has become. Further, since the air containing oxygen supplied to the space S is a gas, even if the gap between the air electrode 12 and the air electrode 22 is narrow, the air itself has a diffusing force, so that the air electrodes 12 and 22 are on the space S side. Air can be supplied over the entire surface.
[0025]
Therefore, in a conventional fuel cell stack configured by stacking single cells in the same direction, it was necessary to provide a flow path for supplying oxygen to each air electrode, but the fuel cell according to the first embodiment was required. Since the structure of one fuel cell main body 50 is configured by providing only one space S for two single cells 10 and 20, the thickness of the fuel cell main body 50, that is, the fuel cell 1 is reduced in thickness. The size can be reduced.
[0026]
In addition, the fuel cell body 50 has a basic structure in which the fuel electrodes 13 and 23 containing a hydrogen storage alloy are arranged outside, so that when hydrogen is re-injected (occluded) into the hydrogen storage alloy, the hydrogen is absorbed from both sides. For example, the fuel electrodes 13 and 23 can be efficiently re-injected simultaneously (see FIG. 12).
Further, a plurality of fuel cell main bodies 50 are arranged side by side in a fuel cell regenerating apparatus 220 described later, and the hydrogen supply fuel is circulated and supplied. Can be re-injected. (See FIGS. 11 and 12)
[0027]
(Wiring members)
The wiring member 43 is for connecting the unit cells 10 and the unit cells 20 in series, and can be formed by appropriately selecting, for example, a conductive material such as copper. In the first embodiment, as shown in FIG. 4A, the fuel electrode 13 and the air electrode 22 are connected by a wiring member 43 so that the unit cells 10 and the unit cells 20 are connected in series. However, the air electrode 12 and the fuel electrode 23 may be connected by a wiring member 43 so that the unit cells 10 and the unit cells 20 are connected in series.
[0028]
As described above, by connecting the single cells 10 and the single cells 20 in series, the output voltage of the fuel cell main body 50, that is, the output voltage of the fuel cell 1 can be suitably increased.
[0029]
(Terminal)
The terminals 41 and 42 are used to connect the fuel cell main body 50 and a power receiving terminal (not shown) of the mobile electronic device P to which the fuel cell 1 is attached. It is possible to select and form.
The terminal 41 has one end connected to the air electrode 12 by, for example, brazing or the like, and the other end inserted into the through hole 31 a formed in the holding member 31 and exposed to the outer surface of the fuel cell 1. It can be connected to a power receiving terminal (not shown) of the mobile electronic device P (not shown) (see FIGS. 1, 3, and 4 (a)).
One end of the terminal 42 is connected to the fuel electrode 23, and the other end is exposed on the outer surface of the fuel cell 1 like the terminal 41.
Therefore, in the fuel cell 1 according to the first embodiment, the terminal 41 is a positive electrode and the terminal 42 is a negative electrode (see FIG. 7).
In the first embodiment, the terminal 41 is connected to the air electrode 12, and the terminal 42 is connected to the fuel electrode 23. However, the terminal 41 may be changed as appropriate in accordance with the connection method of the wiring member 43. good.
[0030]
Next, the housing section 100 of the fuel cell 1 will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the housing section 100 includes a protective case 60 (housing member) for housing the fuel cell main body 50, thin film heaters 71 and 72 (heating means), and water retaining members 81, 82, 83, and 84 (water). (Supplying means) and an air intake member 90.
[0031]
(Protective case)
The protection case 60 is a box body formed of an insulating material and having an open top, and the fuel cell main body 50 can be inserted and housed through the opening. By housing the fuel cell main body 50 in the protective case 60 in this manner, the fuel cell main body 50 can be protected from destruction, breakage, contamination, and the like. In addition, by covering the outer surface of the protective case 60 with an elastic body such as a rubber sheet, for example, it is possible to preferably protect the case from vibration and the like.
Furthermore, since the fuel cell body 50 is housed in the protective case 60, the fuel cell body 50 and the outside are shut off and the airtightness is enhanced, so that the water generated during power generation and the water retention members 81, 82,. It is possible to make it difficult for the water absorbed (see FIGS. 5 and 7) to leak to the outside, and it is possible to suitably hold the space S in a humidified state.
A plurality of air intakes are provided on the side surfaces of the protective case 60 so as to appropriately supply air to the space S from outside the fuel cell 1 corresponding to both sides of the space S of the fuel cell body 50 accommodated therein. The holes 61 (through holes) are formed in rows (see FIGS. 2, 4B, and 5). That is, the outside and the inside of the protective case 60 communicate with each other through the air intake hole 61.
[0032]
(Thin film heater)
The thin-film heaters 71 and 72 heat the fuel electrodes 13 and 23 containing a hydrogen storage alloy or the like at the time of operation of the fuel cell 1, that is, at the start of power generation, to decompose the occluded hydrogen to form hydrogen ions and electrons. (See FIG. 7).
The thin film heaters 71 and 72 are integrally attached to the outside of the protection case 60 so as to correspond to the fuel electrodes 13 and 23 outside the fuel cell main body 50 housed in the protection case 60. Since the thin-film heater 71 and the thin-film heater 72 have the same configuration and the same function, the thin-film heater 71 will be described in detail below, and the description of the thin-film heater 72 will be omitted.
[0033]
The thin film heater 71 is provided with terminals 71a and 71b, and when the fuel cell main body 50 is accommodated in the protective case 60, the terminals 71a and 71b are formed on the holding member 31 of the fuel cell main body 50 described above. The ends of the terminals 71a, 71b are inserted into the through holes 31c, 31d, respectively, so as to be exposed on the outer surface of the fuel cell 1 (see FIG. 1).
When the fuel cell 1 is attached to the mobile electronic device P, the exposed ends of the terminals 71a and 71b are connected to a backup power supply (not shown) of the mobile electronic device P, and a fuel cell including a CPU and the like. It is connected to an operation control device (not shown) (see FIG. 7). When the fuel cell 1 is operated, a current is supplied from the backup power supply (not shown) to the thin-film heater 71 for a predetermined time by the fuel-cell operation control device (not shown), and the thin-film heater 71 generates heat to store hydrogen. The fuel electrode 23 containing an alloy or the like is heated. Further, after the above-mentioned predetermined time, since the cell reaction itself is an exothermic reaction, the fuel cell body 50 itself generates heat, and the fuel electrodes 13 and 23 are heated by this heat. That is, after the lapse of the predetermined time, the current from the backup power supply is unnecessary. In addition, the predetermined time means a time until the fuel cell 1 can supply electric power autonomously, for example.
[0034]
By providing the thin-film heaters 71 and 72 in this manner, at the start of operation of the fuel cell 1, the fuel electrodes 13, 23 preferably containing a hydrogen storage alloy or the like are heated to generate hydrogen ions and electrons. Thus, the fuel cell 1 can be suitably operated (power generation).
[0035]
(Water retention material)
The water retention members 81, 82, 83 and 84 are for absorbing and retaining water to supply the electrolyte membranes 11 and 21 or to humidify oxygen diffused in the space S. It can be formed by appropriately selecting from a polymer water-absorbing material such as an acrylate gel.
The water retention member 81 and the water retention member 82, and the water retention member 83 and the water retention member 84 are paired with each other, and on both sides of the row of the plurality of air intake holes 61 from the inside of the plurality of protection cases 60. They are mounted separately (see FIGS. 2 and 5). By separating the water holding members 81 and 82 and the water holding members 83 and 84 in this manner, the electrolyte membrane 11 and the electrolyte membrane 21 are electrically disconnected as shown in FIG. , So that there is no leakage.
[0036]
In addition, as shown in FIG. 5, the water retention members 83 and 84 generate water (H) generated from the cathodes 12 and 22 during power generation. ₂ O) can be absorbed and supplied to the electrolyte membranes 11 and 21. Therefore, since the electrolyte membranes 11 and 21 can always maintain a wet state, the inside of the electrolyte membranes 11 and 21 is preferably proton (H). ⁺ ) Can move and generate electricity continuously. The same applies to the water retaining members 81 and 82.
Further, when inserting and housing the fuel cell main body 50 in the protective case 60, it is also possible to previously retain an appropriate amount of water in the water retaining members 81, 82,.
[0037]
(Air intake member)
As shown in FIG. 6A, the air intake member 90 includes a circular semi-permeable membrane 91 (membrane) used as a membrane that allows gas to pass therethrough and does not allow water to pass through, and a bottomed cylindrical cap 92. It is comprised including. The semi-permeable membrane 91 is formed of a material that allows air (at least oxygen) to pass but does not allow moisture to pass, and the cap 92 is formed in a mesh shape through which air can suitably pass. Then, the semi-permeable membrane 91 is fitted into the air intake hole 61 of the protective case 60 such that the semi-permeable membrane 91 is on the inside of the protective case 60 and the bottom of the cap 92 is on the outside. It is fixed integrally.
[0038]
By providing the cap 92 in this manner, the semi-permeable membrane 91 is hardly damaged from the outside. By providing the semi-permeable membrane 91 in the plurality of air intake holes 61 formed in the protective case 60, air is supplied to the space S from outside the fuel cell 1 through the semi-permeable membrane 91. In addition, moisture does not leak from the space S to the outside. Therefore, while the fuel cell 1 is mounted on the mobile electronic device P, it is possible to prevent the mobile electronic device P from being broken or damaged due to leakage of water.
In addition, instead of the cap 92, as shown in FIG. 6B, covers 93 and 94 having through holes formed so as to be out of phase with respect to the mounting direction as a central axis may be used.
[0039]
As described above, the configuration of the fuel cell 1 in which the fuel cell main body 50 is housed in the protective case 60 eliminates the need for peripheral accessories such as a hydrogen cylinder as in a conventional fuel cell mounted on an automobile. It can be small and lightweight. Therefore, the fuel cell 1 according to the first embodiment can be suitably attached to a mobile electronic device P or the like for use. Needless to say, the fuel cell 1 according to the first embodiment can be suitably mounted on an automobile or the like.
[0040]
Also, by equipping the protective case 60 with attached devices such as the thin film heaters 71, 72 and the water retaining members 81, 82,..., The thin film heaters 71, 72, the water retaining members 81, 82,. Without taking out the fuel cell main body 50 from the protective case 60 without using it, the hydrogen storage alloy of the fuel electrodes 13 and 23 can easily store hydrogen in the fuel cell regenerating device 220 described later.
[0041]
Further, the mobile electronic device P on which the fuel cell 1 described above is mounted can be suitably used for a longer time than when a conventional lithium ion secondary battery or the like is mounted.
[0042]
Subsequently, the operation of the fuel cell 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The fuel cell 1 is attached to the mobile electronic device P.
When the main power supply of the mobile electronic device P is turned ON (not shown), the thin film heaters 71 and 72 connected to the auxiliary power supply (not shown) of the mobile electronic device P generate heat by the fuel cell operation control device (not shown). The fuel electrodes 13 and 23 are heated. At the interface between the fuel electrode 13 and the electrolyte membrane 11, hydrogen ions (H ⁺ ) And electrons (e ⁻ ) Is generated. The same applies to the interface between the fuel electrode 23 and the electrolyte membrane 21.
[0043]
The hydrogen ions move toward the air electrode 12 through the wet electrolyte membrane 11. On the other hand, the electrons move to the cathode 22 via the wiring member 43. Then, in the air electrode 22, the electrons, hydrogen ions moving from the fuel electrode 23 side through the inside of the electrolyte membrane 21, and oxygen supplied from the space S are reacted by a catalyst to generate water.
The electrons generated at the fuel electrode 23 pass through the circuit (load) in the mobile electronic device P from the terminal 42 and then move to the air electrode 12 through the terminal 41. Then, water is generated in the air electrode 12 in the same manner.
The water thus generated is discharged from the air electrodes 12, 22 into the space S, absorbed by the water retaining members 81, 82,..., And then supplied to the electrolyte membrane 11 or the electrolyte membrane 12 (FIG. 5). reference). Therefore, the electrolyte membranes 11 and 21 can maintain a wet state.
In addition, oxygen-containing air passes through the semi-permeable membrane 91 and is continuously supplied to the space S from the outside of the fuel cell 1, and the entire surface of the air electrodes 12 and 22 is diffused by the diffusion force of oxygen itself. (See FIGS. 4B and 5).
[0044]
Then, after a lapse of a predetermined time, the heating by the thin film heaters 71 and 72 is stopped by the fuel cell operation control device (not shown) of the mobile electronic device P. However, the fuel electrodes 13 and 23 are continuously heated by the heat generated by the fuel cell 50 itself as the cell reaction proceeds, so that the power generation of the fuel cell 1 is suitably continued.
[0045]
At the end of use of the mobile electronic device P, by turning off its main power supply (not shown), when the circuit is cut off, the power generation of the fuel cell 1 ends. Further, even if the hydrogen occluded in the fuel electrodes 13 and 23 disappears (is consumed), the power generation of the fuel cell 1 ends.
[0046]
[Second embodiment]
Next, a fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings to be referred to, FIG. 8 is a diagram showing a mounting state of the fuel cell according to the second embodiment. FIG. 9 is an exploded perspective view showing a part of the configuration of the fuel cell according to the second embodiment. FIG. 10 is a sectional view taken along line TT ′ of the fuel cell according to the second embodiment shown in FIG.
[0047]
The fuel cell 2 according to the second embodiment is a power supply that is detachably attached to the mobile electronic device P, like the fuel cell 1 according to the first embodiment, as shown in FIG.
As shown in FIG. 9, the fuel cell 2 is configured to include a fuel cell main body 51 and an accommodating portion 101 in which the fuel cell main body 51 is accommodated.
[0048]
As shown in FIG. 9, the fuel cell body 51 of the second embodiment holds a single cell 10 (first cell), a single cell 20 (second cell), and the same as in the first embodiment. It is configured to include holding members 33 and 34, a wiring member 46, and terminals 44 and 45.
[0049]
The single cell 10 and the single cell 20 according to the second embodiment include an electrolyte membrane 11 (first electrolyte membrane) and an electrolyte membrane 21 (second electrolyte membrane), an air electrode 12 (first air electrode), and an air electrode 22. (The second air electrode), the fuel electrode 13 (the first fuel electrode) and the fuel electrode 23 (the second fuel electrode) are each in the same plane, that is, the unit cells 10 and 20 are in the same direction, The holding members 33 and 34 are arranged in a line in the plane direction. However, gaps are provided so that the unit cells 10 and the unit cells 20 do not come into contact with each other and do not leak.
Further, the holding member 33 is formed with a flange 33g so as to be engaged with a lid member 222 of a fuel cell regenerating apparatus 200 described later.
[0050]
The fuel electrode 13 and the air electrode 22 are connected by a wiring member 46, and the terminal 44 is connected to the fuel electrode 23, and the terminal 45 is connected to the air electrode 12. That is, the unit cells 10 and the unit cells 20 are connected in series. By thus connecting the single cells 10 and the single cells 20 in series, it is possible to suitably increase the output voltage of the fuel cell 2.
[0051]
As shown in FIG. 9, the housing 101 includes a protective case 62 (housing member) that houses the fuel cell body 51, a thin-film heater 73 (first and second heating units), and a water retaining member 81 (second moisture supply). Means), a water retention member 83 (first moisture supply means), and an air intake member 90.
[0052]
Then, as shown in FIGS. 9 and 10, when the fuel cell body 51 is accommodated in the protective case 62, a space S is formed along the outside of the air electrode 12 of the unit cell 10 and the air electrode 22 of the unit cell 20. It is supposed to be. In this one space S, air can be efficiently supplied to the two cathodes 12 and 22. A plurality of air intake holes 63 (through holes) are formed on the side surface of the protective case 62 corresponding to the space S, and the air intake holes 63 include the semi-permeable membrane 91. An air intake member 90 is provided.
[0053]
As described above, in the fuel cell 2 according to the second embodiment, the unit cells 10 and the unit cells 20 are arranged in a line in the same direction in the plane direction, so that the fuel cell main body 51 is configured in the first embodiment. Although it is larger in the plane direction than the fuel cell body 50 according to the embodiment, the thickness can be further reduced. Therefore, since the fuel cell 2 can be made thin, it can be suitably attached to a thin mobile electronic device P such as a notebook personal computer and used.
[0054]
[Third embodiment]
Next, a regenerator for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a perspective view of a fuel cell regenerating apparatus according to a third embodiment. FIG. 12 is a sectional view taken along line WW ′ of the fuel cell regeneration device according to the third embodiment shown in FIG. FIG. 13 is a layout explanatory view of a regeneration system including the fuel cell regeneration device according to the third embodiment.
The regenerator of the fuel cell according to the third embodiment includes the hydrogen storage alloy and the like constituting the fuel cell 1 described in the first embodiment and the fuel cell 2 described in the second embodiment. This is a device that causes the fuel electrodes 13 and 23 to store hydrogen.
[0055]
First, the configuration of a fuel cell regenerator (hereinafter, abbreviated as a regenerator) 220 according to the third embodiment will be described. Further, it is preferable that each component described below is formed of a material having chemical resistance or coated with an appropriate chemical resistant material.
[0056]
As shown in FIG. 11, the regenerator 220 includes a container 221 for storing hydrogen fuel, and a lid member 222 (holding means).
[0057]
The container 221 is a box having an open top, and a cover member 222 is provided so as to cover the opening. The container 221 is provided with a stirrer (not shown) so that the stored hydrogen fuel can be suitably stirred.
[0058]
The cover member 222 has a mounting hole 222a and a mounting hole 222b.
The fuel cell main body 50 described in the first embodiment is inserted into the mounting hole 222a, and the flanges 31g engage with the lid member 222, so that the fuel electrodes 13, 23 containing the hydrogen storage alloy are formed. Is held in the hydrogen fuel. The fuel cell body 51 described in the second embodiment is inserted into the mounting hole 222b, and the flanges 33g are engaged with the lid member 222 so that the fuel electrodes 13, 23 are held in the hydrogen fuel. It has become. Further, the mounting holes 222b are formed as a pair. For example, when the two fuel cell bodies 51, 51 according to the second embodiment occlude hydrogen, the fuel electrodes 13, 23 of the two fuel cell bodies 51, 51 are mutually connected. It can be installed outside.
[0059]
As described above, since the plurality of fuel cell bodies 50 and 51 can be installed on the lid member 222, hydrogen can be simultaneously and efficiently re-injected into the hydrogen storage alloy of the plurality of fuel electrodes 13 and 23, for example, simultaneously and efficiently. It has become.
Further, since the fuel electrodes 13 and 23 can be installed so as to be on the outside, as shown in FIG. 12, hydrogen can be suitably stored in the hydrogen storage alloy from the outside of each fuel electrode.
[0060]
As the hydrogen fuel, a method of directly supplying hydrogen gas into the inside of the container 221 can be used. However, a highly safe method of supplying hydrogen fuel generated by dissolving a metal hydride complex compound in an alkaline aqueous solution will be described. I do.
[0061]
As the metal hydride complex compound, for example, sodium borohydride (NaBH ₄ ), Lithium aluminum hydride (LiAlH) ₄ ), Zinc borohydride [Zn (BH ₄ ) ₂ ], Calcium borohydride [Ca (BH ₄ ) ₂ ] And the like can be used as appropriate.
Alkaline substances added to water to form an alkaline aqueous solution include lithium hydroxide, sodium hydroxide, alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, and tetraethylammonium hydroxide. Such quaternary alkyl ammonium compounds can be appropriately selected and used.
[0062]
Further, the regenerator 220 according to the third embodiment, for example, as shown in FIG. 13, combines a hydrogen fuel supply unit 210 and a hydrogen fuel recovery unit 230 to construct a fuel cell regeneration system 200. The fuel cell can be suitably regenerated.
[0063]
The fuel cell regeneration system 200 includes a regenerator 220 according to the third embodiment, a hydrogen fuel supply unit 210 disposed upstream of the regenerator 220, and a hydrogen fuel recovery unit 230 disposed downstream of the regenerator 220. It is comprised including.
[0064]
The hydrogen fuel supply unit 210 is configured such that a hydrogen fuel tank 211 in which hydrogen fuel is stored, an electric pump 212, an electromagnetic valve 213, and a flow meter 214 are connected via a pipe from the upstream side. The fuel cell regeneration device 220 is connected downstream of the hydrogen fuel supply unit.
[0065]
The hydrogen fuel tank 211 is for storing hydrogen fuel.
The electric pump 212 supplies hydrogen fuel to the regenerator 220.
The flow meter 214 is used to measure the amount of hydrogen fuel to be supplied, and according to the number of the fuel cell main bodies 50, 51, etc., while visually checking the amount of hydrogen fuel, The supply amount can be adjusted by adjusting the drive of the electric pump 212.
[0066]
The hydrogen fuel recovery unit 230 is configured such that an electric pump 232 and a solid-liquid separation device 233 communicate with each other from the downstream side of the fuel cell regeneration device 220 via piping.
The electric pump 232 is for pressurizing and supplying the solid-liquid separation device 233 to effectively separate the solid-liquid separation device 233.
The solid-liquid separator 233 is provided with, for example, a filtration membrane, and is for purifying by removing precipitates and the like generated after occlusion of hydrogen.
The downstream side of the solid-liquid separation device 233 communicates with the above-described hydrogen fuel tank 211 via an electric pump 234 and a pipe, so that purified hydrogen fuel is recovered.
[0067]
With the fuel cell regeneration system 200 configured as described above, the hydrogen storage alloy of the fuel cell main bodies 50 and 51 can store hydrogen efficiently and effectively.
[0068]
(Modification)
As described above, an example of the preferred embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed as follows without departing from the spirit of the present invention.
[0069]
In the first embodiment and the second embodiment described above, the single cell 10 and the single cell 20 are connected in series to increase the output voltage of the fuel cell 1. The unit cells 20 may be connected in parallel with appropriate wiring members. Such parallel connection can extend the power generation time of the fuel cell.
[0070]
In the first and second embodiments described above, the fuel electrodes 13 and 23 including the hydrogen storage alloy and the like are heated by providing the thin film heaters 71 and 72. In addition, for example, the Peltier effect May be provided and heated, or a flow path may be provided such that hot air sent from a fan of the mobile electronic device P is supplied around the fuel electrodes 13 and 23 so that the fuel electrodes 13 and 23 are heated. You may comprise so that it may be heated.
[0071]
In the first embodiment and the second embodiment described above, the fuel cell main body 50 is configured by providing each of the single cell 10 and the single cell 20 one by one. , The fuel cell main body 50 may be configured. In this case, the single cells 10 and the single cells 20 may be connected freely and in series as appropriate, or may be connected in parallel.
That is, in the first and second embodiments, the single cell 10 and the single cell 20 are arranged side by side. In the first and second embodiments, the single cell 10 and the single cell 20 are further arranged in the lateral direction. Such a single cell, a fuel cell main body, or a fuel cell may be arranged side by side, and three, four, or more may be arranged. Even with such a configuration, it is within the technical scope of the present invention. Further, the fuel cells according to the first and second embodiments may be connected and combined.
[0072]
In the first and second embodiments described above, the plurality of semi-permeable membranes 91 are provided in the air intake holes 61 and 63 so that the moisture in the protective cases 60 and 62 does not leak outside. In addition, for example, the air intake holes 61 and 63 may be formed in a spiral shape so that moisture in the space S does not easily leak to the outside of the fuel cell 1.
[0073]
In the above-described first and second embodiments, the fuel cell 1 is configured by separately providing the thin-film heater 72 in the first heating unit and the thin-film heater 71 in the second heating unit. The fuel cell may be configured so that the fuel electrodes 13 and 23 can be heated by a single thin film heater. That is, the first heating means and the second heating means may correspond to substantially the same components. The same applies to the first moisture supply means and the second moisture supply means.
[0074]
In the first and second embodiments described above, the thin film heaters 71 and 72 are energized and heated by the backup power supply (not shown) of the mobile electronic device P to which the fuel cell 1 is attached. In addition, for example, an auxiliary power supply such as a small button type battery may be additionally provided to the fuel cell 1 itself, and the thin film heaters 71 and 72 may be energized and heated by the auxiliary power supply.
[0075]
In the first embodiment and the second embodiment described above, the unit cells 10 and the unit cells 20 are held in a predetermined arrangement by the holding members 31, 32... Alternatively, the fuel cells main bodies 50 and 51 may be configured by holding the unit cells 10 and the unit cells 20 in a predetermined arrangement, and molding the end faces of the unit cells into a flow of synthetic resin.
[0076]
In the first and second embodiments described above, when the air containing oxygen is introduced into the space S by the diffusion force of the air itself through the air intake holes 61 and 63 formed in the protective cases 60 and 62. However, other than that, for example, air may be sent into the space S using a pressurizing machine.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a small fuel cell and a fuel cell regeneration device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a mounting state of a fuel cell according to a first embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a part of the configuration of the fuel cell according to the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell main body of the fuel cell according to the first embodiment.
4A is a cross-sectional view taken along line XX ′ of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a fuel cell of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. It is YY 'sectional drawing of a battery main body.
FIG. 5 is a drawing showing a part of a ZZ ′ cross section of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. 1;
FIGS. 6A and 6B are views showing an air intake member attached to an air intake hole of the protection case of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. 2;
FIG. 7 is a diagram showing a power generation state of the fuel cell according to the first embodiment.
FIG. 8 is a view showing a state of attachment of a fuel cell according to a second embodiment.
FIG. 9 is an exploded perspective view showing a part of a configuration of a fuel cell according to a second embodiment.
FIG. 10 is a sectional view taken along line TT ′ of the fuel cell according to the second embodiment shown in FIG.
FIG. 11 is a perspective view of a regenerator for a fuel cell according to a third embodiment.
FIG. 12 is a sectional view taken along line WW ′ of the fuel cell regeneration device according to the third embodiment shown in FIG.
FIG. 13 is a layout explanatory view of a fuel cell regeneration system including a fuel cell regeneration device according to a third embodiment.
FIG. 14 is a view showing a configuration of a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
1,2 fuel cell
10 Single cell (first cell)
11 Electrolyte membrane (first electrolyte membrane)
12 Air electrode (first air electrode)
13 Fuel electrode (first fuel electrode)
20 single cell (second cell)
21 Electrolyte membrane (second electrolyte membrane)
22 Air electrode (second air electrode)
23 Fuel electrode (second fuel electrode)
50, 51 Fuel cell body
60, 62 Protective case (accommodating member)
61, 63 Air intake hole (through hole)
71, 72, 73 Thin film heater (first heating means, second heating means)
81, 82, 83, 84 Water retention members (first moisture supply means, second moisture supply means)
91 Semipermeable membrane (membrane)
220 Regeneration device for fuel cell
221 container
222 lid member (holding means)
S space
P Mobile electronic device

Claims

A plurality of cells comprising a plate-shaped electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, provided in the fuel cell body,
A fuel cell, wherein the plurality of cells are arranged such that the air electrodes of one of the cells and the other cell face each other, and a gap is provided between the air electrodes. .

The plurality of cells include a first cell in which a plate-shaped first electrolyte membrane is sandwiched between a first fuel electrode and a first air electrode,
A second fuel cell having a plate-like second electrolyte membrane sandwiched between a second fuel electrode and a second air electrode;
The first cell and the second cell of the fuel cell main body are disposed facing each other with a gap provided between the first air electrode and the second air electrode, and the first fuel electrode and the second cell The fuel cell according to claim 1, wherein the second fuel electrode and the second fuel electrode are disposed outside.

A plurality of cells comprising a plate-shaped electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, provided in the fuel cell body,
A fuel cell, wherein the plurality of cells are arranged in a line in a plane direction in the same direction.

The plurality of cells include a first cell in which a plate-shaped first electrolyte membrane is sandwiched between a first fuel electrode and a first air electrode,
A second fuel cell having a plate-like second electrolyte membrane sandwiched between a second fuel electrode and a second air electrode;
4. The fuel cell according to claim 3, wherein the first cell and the second cell of the fuel cell main body are arranged in a line in the same direction in a plane direction. 5.

First moisture supply means for supplying moisture to the first electrolyte membrane,
The fuel cell according to claim 2, further comprising a second water supply unit that supplies water to the second electrolyte membrane.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, further comprising a housing member that houses the fuel cell main body.

In the housing member, a through-hole communicating the outside and the inside is provided, and a film that transmits gas and does not transmit water to the through-hole is provided, and the outside and the inside are communicated through the film,
7. The fuel cell according to claim 6, wherein water hardly leaks from the inside of the housing member to the outside.

The fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein at least one of the first fuel electrode and the second fuel electrode comprises a hydrogen storage alloy.

First heating means for heating the first fuel electrode;
9. The fuel cell according to claim 8, further comprising a second heating means for heating the second fuel electrode.

The fuel cell regeneration device according to claim 8 or 9, wherein:
A container for storing hydrogen fuel containing hydrogen to be stored in the hydrogen storage alloy,
Holding means for holding at least one of the first fuel electrode and the second fuel electrode in the container;
A regenerator for a fuel cell, wherein hydrogen can be stored in the hydrogen storage alloy of the first fuel electrode and the second fuel electrode.