JP2004505417A - Microcell electrochemical devices and assemblies and methods of making and using the same - Google Patents

Microcell electrochemical devices and assemblies and methods of making and using the same Download PDF

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Abstract

マイクロセル構造と70のアセンブリは、電気化学的なエネルギー生成/変換に効率的に利用されている。本発明のマイクロセル構造は、燃料電池やバッテリーシステムなどの応用例で、高電圧、高電流密度の出力を生み出す、シート状(60, 62, 64, 66)に加工され、下部構造として束ね、さらに大きなまとまりで束ねられた構造に組み立てられた、個々の繊維状マイクロセル要素から容易に作成できる。The assembly of the microcell structure and 70 is efficiently utilized for electrochemical energy generation / conversion. The microcell structure of the present invention is applied to a fuel cell, a battery system, or the like, and is processed into a sheet shape (60, 62, 64, 66) that produces a high voltage and a high current density output, and is bundled as a lower structure. It can be easily made from individual fibrous microcell elements assembled into a larger bundled structure.

Description

【0001】
発明の分野
本発明は、マイクロセルによる電気化学的装置およびアセンブリ、様々な技術を用いた同装置の作成方法、およびかかる装置とアセンブリの使用方法に関するものである。
【0002】
技術の説明
エネルギー供給とエネルギー変換装置の技術分野、特に燃料電池やバッテリーの開発では、十分な出力(高電流および高電圧の両方あるいは一方)で、高電流密度、単位容積当たりのエネルギー出力の高い装置を開発する試みが続けられてきた。
【0003】
バッテリーや燃料電池などの電気化学的セルは、構造的には比較的単純で、内部短絡を避けるように分けられた陽極、陰極をそれぞれ利用し、電解質液に接触するように電極を配置している。電極の化学反応により、電極回路が外部負荷と共役した時、反応の化学的エネルギーが電気的エネルギーに変換され、電子の流れが電力を生み出す。
【0004】
バッテリーセルでは、それぞれの電極間に隔離板を用いることができ、複数のシート状要素が連続して向き合ったアセンブリに配列し、または、かかるシートが(らせん状に)回転した配置で一緒に巻き付けることもできる。
【0005】
燃料電池は電気自動車の電源として、また分散発電の応用分野で、現在、非常に関心が寄せられている。
【0006】
燃料電池では、燃料を導入して電極(陽極)と接触させ、酸化剤がもう一方の電極(陰極)と接触することで、陽イオンと陰イオンの流れが確立し、外部負荷がセルと共役した時に電子の流れが生じる。電流の出力は、電極に浸した触媒(例えば、液体水素燃料電池の場合には白金)、特定の燃料/酸化剤の電気化学的反応の反応速度論など、多くの因子によってコントロールされる。
【0007】
現在、単一セルの電圧は、多くの燃料電池で約0.6〜0.8ボルトの範囲である。電流密度が増加すると電圧とセル効率が対応して低下するため、動作電圧は電流によって変化する。電流密度が高くなると、多くのポテンシャルエネルギーが熱に変換されるため、セルの電気エネルギーが低下する。
【0008】
燃料電池に改質装置を組み込み、改質装置が天然ガス、メタノールなどの供給原料から水素などの燃料を発生させる配置を作ることもできる。その後、改質装置から生じた燃料生成物が燃料電池で用いられ、電気エネルギーを生み出す。
【0009】
この技術では、多数の形式の燃料電池が説明されている。これを挙げると、
・電解質をフッ化スルホン酸ポリマーあるいは同様の高分子素材とした、高分子電解質型燃料電池
・水酸化カリウムなどの電解質を用い、ニッケル、銀、金属酸化物、スピネル、あるいは貴金属などの触媒を入れた電極間の基質で、そのKOH電解質が保たれる、アルカリ型燃料電池
・高温で作動する電解質として濃リン酸を用いたリン酸燃料電池
・アルカリ炭酸塩あるいはナトリウム/カリウムの電解質を用い、アルミン酸リチウムのセラミック基質中、およそ600〜700℃の温度で作動し、アルカリ電解質が高伝導の溶融塩を形成する、溶融塩燃料電池
・電解質としてイットリア安定化ジルコニアなどの金属酸化物を用い、高温で作動し、コバルト−ジルコニアあるいはニッケル−ジルコニアの陽極とストロンチウムをドープしたマンガン酸ランタンの陰極間で、酸素のイオン伝導が促進される、固体電解質型燃料電池
などがある。
【0010】
燃料電池は比較的効率が高く、排気ガス/排出固体のレベルはごく低い。こうした特徴のため、燃料電池はエネルギー変換装置として、現在、非常に関心を寄せられている。従来の燃料電池プラントの効率は、使用されている燃料の低位発熱量(LHV)により、通常40〜55%の範囲である。
【0011】
環境への排気が少ないことに加え、燃料電池は一定温度で作動し、電気化学的反応からの発熱は廃熱発電に応用でき、全体としての効率が向上する。燃料電池の効率は全くサイズに依存しないため、燃料電池のデザインはワットからメガワットまで広範な電気出力に拡張可能である。
【0012】
電気化学的エネルギー分野における最近の技術革新は、バッテリー、燃料電池などの電気化学的装置の応用分野で用いられる、小型の電気化学的セル、つまりマイクロセルの開発である。マイクロセル技術は、すべてRay R. Eshraghiに与えられた米国特許番号5,916,514、5,928,808、5,989,300、6,004,691に説明されている。これらの特許で説明されたマイクロセル構造は、電気化学的セルコンポーネントをつなげるホローファイバー構造から成る。
【0013】
上述のEshraghiの特許では、単一のセルが電極あるいはその活性物質、多孔質膜の隔離板、電解質、第二の電解質あるいはその活性物質を含む繊維で構成された、電気化学的セル構造について説明している。セルのデザインについてもEshraghiの特許で説明され、この中では隣接した単繊維が利用され、1つは電極あるいはその活性物質、隔離板、および電解質を含む単繊維、2つ目は第二の電解質で構成される単繊維である。そのため、隣接した繊維はセルの陽極および陰極となる。今回の発明では、Eshraghiのマイクロセル技術がさらに躍進を遂げている。
【0014】
発明の詳細な説明とその好適な実施例
Eshraghiの米国特許番号5,916,514、5,928,808、5,989,300、6,004,691の開示は、参考のため本書に全て添付する。ここにに使用されている通り、マイクロセルという用語は電気化学的にエネルギーを発生あるいは変換するセル構造を指し、その多孔質の中に電解質を配置した多孔質膜の隔離板を含む。多孔質膜の隔離板は伝導性の繊維と接触しており、その繊維が電気化学的セルの陽極と陰極を形成する電気触媒と接触しているか、電気触媒でコーティングされている。
【0015】
この後に続く説明では、主にすぐに利用できる本発明の燃料電池の実施例を示しているが、この説明が、本発明と一致した対応するバッテリーセル、および他の形態の電気化学的セル装置にも同様に応用できることは有り難い。
【0016】
当然、バッテリーセルでは、電気化学的活性が必要な場合は、構造の外部に備え付けるのではなく、バッテリー内に(電極の)活性物質を存在させ、セルに保存する点で、燃料電池と異なる。
【0017】
従って、マイクロセルをバッテリーセルに用いる場合は、繊維の中心で内腔が必要なく、その結果、バッテリーセルの応用分野では、モジュラーアセンブリの繊維束が対応して単純化される。従って、バッテリーセルの応用分野でのマイクロセルは、燃料電池に使用されるマイクロセルとは構造的にも操作的にも異なる。
【0018】
特別な形態では、マイクロセルが内部電極の活性物質、内部電極の活性要素に接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔にある電解質、外部の電極活性要素で構成され、その内部、外部電極の活性部分は、1つ以上の電極、電流コレクタ、電気触媒のコンポーネントで構成される。
【0019】
別の特別な形態では、マイクロセルに繊維状の内部電極が含まれていることもある。この内部電極は微小孔性の膜隔離板に囲まれ、その多孔質の中に電解質を配置し、伝導物質に沿って電気触媒を繊維の孔側(内部電極を形成する)あるいはシェル側(外部電極を形成する)に含浸するか、電気触媒でコーティングしている。
【0020】
燃料電池の応用分野では、マイクロセルのホローファイバーの孔が、気体あるいは液体の供給コンポーネント(燃料あるいは酸化剤など)を通す通路内腔の特徴を決める。特定の関連応用分野によって、多種類の電解質をマイクロセルの燃料電池に用いることができる。
【0021】
好適な形態では、マイクロセルの全てのコンポーネントが、単繊維アセンブリに加工される。マイクロセルは、いかなる規定の長さにもすることができ、典型的には直径と長さの比が1よりも大幅に大きくなる。また、以下にその詳細を説明する、束状の形態を含め、複数のマイクロセルアセンブリに容易に整形できる。このようなマイクロセルアセンブリ、あるいはかかるアセンブリの集合体を集め、全体の配列がシェルおよび管の熱交換器と類似した、燃料電池モジュールを形成することができる。
【0022】
複数のマイクロセル要素を、全体として単一の構成に束状の複数セルモジュールを組み入れるように加工する場合、結果として得られる単一の小型構成は、高密度のエネルギー出力を生み出し、燃料電池あるいはその他、そのような束から加工される電気化学的セル装置の容積(と「足跡」)を最小限とすることができる。
【0023】
1つの実施例としての本発明のマイクロセル装置は、微小孔性の膜隔離板に囲まれた内部電極(あるいは多数の電流コレクタ繊維)を用いて加工される。このような実施例では、内部電極の電気触媒を膜隔離板の内壁にコーティングするか、含浸する(または、内側の電流コレクタ繊維にコーティングされている)。
【0024】
1つの実施例では、膜隔離板壁面で、触媒溶液の電気触媒を含浸する。これに代わる別の実施例では、膜の紡糸プロセス中に、膜隔離板の孔から触媒の薄いインク塗料を汲み出す。
【0025】
多孔質の隔離膜−電極を持つアセンブリを形成する1つの技術では、電流コネクタ繊維を電気触媒の塗料でコーティングする。1つの実施例では、このようなコーティングを押出成形で行う。別の実施例では、電流コネクタ繊維をメッキ溶液でコーティングする。さらに別の実施例では、電流コネクタ繊維を金属触媒のプラズマ蒸着によりコーティングする。
【0026】
燃料電池の積み重ねあるいはモジュールを形成する場合、セルの孔側およびシェル側を分離、密閉するため、マイクロセル繊維を束ねて取り付ける。大きな燃料電池構造では、孔の空いた中心軸の周りにマイクロセルを巻き付けることもでき、これにより、回転軸はセルのシェル側にガスを封入できる構造となる。
【0027】
燃料電池の実施例や今回の発明の他の電気化学的セルに関する実施例で用いられる、微小孔性の膜隔離板の要素については、電解質を含侵あるいは混和する適切な方法を利用することは、常に有用である。電解質を含侵する、実例として好適な技術は、溶液の含侵である。
【0028】
多孔質膜の隔離板要素自体は、様々な種類、構造とすることができ、特定の種類の燃料電池や他の電気化学的セルの応用分野で用いられるように、成形することができる。例えば、高分子電解質型燃料電池では、非対称の経路を持つ多孔性構造が好まれ、電気触媒層に隣接するイオン交換ポリマーの連続層ができる。酸型あるいはアルカリ型燃料電池では、泡状の多孔質膜要素とすることが望ましい。本技術の高度な方法のおかげで、膜隔離板の構成および形態の選択は、必要以上の実験をしなくとも容易に決定できる。
【0029】
本発明の好適例に従ってマイクロセルから生成された燃料電池は単極であり、双極性の流れを持った板を必要としない。セルおよび電流コレクタは繊維状のため、大きな電極の表面面積を非常に小さな容積に小型化することができる。個々の束状セルの並列接続では、電流が加算され、単位容積当たりの電流密度を非常に高くすることができ、マイクロセルアセンブリを高電圧、高効率で稼動することができる。
【0030】
1つの実施例では、それぞれのマイクロセルの内部電極を接続し、マイクロセルアセンブリに1つ目の端子を形成し、繊維要素のシェル外側、あるいはそのような1束のマイクロセルのシェル外側で電流コレクタを2つ目の末端とする。燃料電池に使用するため、このようなアセンブリを構成、配置する場合は、燃料および酸化剤が、対応するそれぞれの束のシェル側と孔側の電極を通過するようにする。この燃料電池の個別のマイクロセル要素では、微小孔膜を適当な電解質で浸し、バリアあるいは隔離要素を形成する。電解質の種類によって、微小孔性の基質と電解質を合わせ、固体基質あるいは液体−固体基質の形で新たな構造を形成することができる。
【0031】
単繊維状の内部電極要素を含むマイクロセル装置を利用した燃料電池の応用例では、内部電極要素のサイズを選択し、電極を含む膜隔離板の孔側で適当な大きさの内腔を形成する。複数の繊維をホローファイバーの膜隔離板の孔に取り付け、ホローファイバー内に内腔を形成する隙間空間を作ることもできる。燃料電池を稼動した際に、内腔は(液体あるいは気体の)燃料あるいは酸化剤を内部電極に届かせるため、内腔の形成は重要である。
【0032】
好適な形態では、電気触媒と第二電極の伝導物質を、微小孔性の膜隔離板シェルの外側にコーティングするか、押出あるいは含侵し、電解質を膜隔離板の微小孔中に入れ、マイクロセル構造を形成する。
【0033】
微小孔性の膜隔離板は、適当な素材の構造であれば、いかなるものからも形成することができる。1つの実施例では、半透性のイオン交換膜グループから選択した素材、および選択透過ポリマーあるいはイオン交換ポリマーのシェル側あるいは孔側でコーティングした多孔質膜から、微小孔性の膜隔離板を加工する。
【0034】
このマイクロセル構造では、内部電極あるいは電流コレクタを隔離板の孔にしっかりと固定して、繊維の内壁に隣接させ、電解質あるいは電解質/電気触媒層を界面で接触させる。繊維状のマイクロセル構造を相互に密集させて束ねた場合、外電極あるいは電流コレクタを、シェル側の電解質あるいは隣接したセルの電解質/電気触媒層と密接に接触させることもできる。
【0035】
従って、燃料電池の応用分野では、通常の稼働中に気体供給(燃料あるいは酸化剤)が内腔を通過できるように、マイクロセル構造の内腔が十分「開いて」いなければならない。このような目的では、燃料電池装置にポンプ、ファン、送風機、コンプレッサ、排出装置などが含まれていることが望ましい。燃料電池を稼動させるために必要な流速には、比較的低い圧力差しか必要としないため、(ガス供給をマイクロセルのホローファイバー内腔を通過するために)必要なポンピングは、上述のタイプの市販されている液体ドライバー装置で容易に対応できる。
【0036】
マイクロセル構造およびアセンブリの連続接続
単一のマイクロセルの電圧レベルで高い電流密度を達成するためには、多数のマイクロセルを並列に接続する。このような目的でのマイクロセルの並列接続は、マイクロセルを相互に並列に束ね、電流コレクタの末端を得られたマイクロセルアセンブリの各末端で接続することで、容易に達成できる。
【0037】
しかし、単一のマイクロセルから生じる電圧を超えた高電圧を達成するためには、マイクロセルを連続的に相互接続することが必要である。以降にさらに詳述するが、必要なマイクロセルアセンブリの幾何によって、様々な方法を利用して連続接続を達成することができる。例えば、長方形や円筒形の構成が望ましい場合もある。
【0038】
本発明に基づき、望みの電流を得るために、まず並列とした繊維状マイクロセルの下部構造の束を組み立てる。次に、望みの電圧を達成するため、この下部構造の束を連続接続させる。
【0039】
下部構造の束状マイクロセルアセンブリを形成する1つの好適アプローチは、通常、並列に配置したマイクロセル要素のシート状配置を形成することである。ここでは、マイクロセルが相互に隣り合っており、電流コレクタを、通常隣り合って相互に位置を合わせた平らなシートの末端から延びる(つまり、通常、電流コレクタの末端が相互に単一平面上に配置されるようにする、またそれ以外の場合は、通常、マイクロセルから突き出た電流コレクタが、電流コレクタが突き出たマイクロセルシートのアセンブリ面の奥行きと、同一の広がりを持つようにする)。次に、マイクロセル要素の第一層に、外側の電流コレクタ要素を構成する第二層をかぶせ、重ねたシートの内側電流コレクタが突き出ている面とは反対側から、外側の電流コレクタが延びるように配置する。さらに外側の電流コレクタを通常は同じ長さまで外向きに延ばし、外側の電流コレクタの末端で相互に位置が合っているようにし、通常、シートアセンブリの平らな水平面に対する、単一の垂直面に備え付ける。
【0040】
上述のシートアセンブリを形成する目的で、第一層を構成する繊維状マイクロセル部品を相互に固定し、そのような要素を単一の網状構造あるいはシート構造とすることができる。同様の方法で、内側の接続メッシュ構造あるいは編み込まれた構造、横に並べた接着テープ、あるいは並列アセンブリの電流コレクタ要素を作る他の方法などにより、繊維状マイクロセル要素と重なった外側の電流コレクタを、相互にシート構造あるいは網状構造で安定化することができる。
【0041】
いかなる適当な方法も利用し、ここに説明したマイクロセルアセンブリのそれぞれのシートのような層を形成することができるのは、幸いである。そのような層は、例えば、マイクロセルあるいは電流コレクタ繊維をシート状に編み込むか、それらを樹脂性基質にはめ込むか、あるいはその他適当な方法により前もって形成することができる。
【0042】
一度、マイクロセル要素の層と外側電流コレクタ部品の層を互いに重ね合わせて接触させると、その複合構造を円筒形に回転し、それぞれの反対の末端を結合し、マイクロセルの多様性をなす、下部構造の束状アセンブリを形成することができる。
【0043】
このようなアセンブリは、例えばホローファイバーの濾過モジュールを加工する場合など、従来ホローファイバー膜を取り付けるために利用していた方法を用いて、いかなる適切な方法でも結合することができる。その結果、結合された下部構造の束は、それぞれ末端に陽極および陰極ができる。一方の端子は、最初に説明した層のマイクロセル要素から突き出た、内側電流コレクタ要素によって形成され、もう一方の端子は、下部構造の束の反対側の末端から突き出た電流コレクタによって形成される。
【0044】
その後、最初の下部構造の束の正極を次の束の負極に接続し、これを繰り返して束を連続的に接続する。その後、接続された束の長い鎖を、各末端と続くマイクロセル間の接続部で交互に各束を丸め、円筒状に再度束ねる。その交互に並列に配置されるように丸められた下部構造の束アセンブリを次に、その各末端で結合し、下部構造の束を多重に持った複合構造としての束を形成する。
【0045】
連続した束には、単一構造を構成する、平行接続および連続接続の両方に繊維状マイクロセルが含まれ、次にこの単一構造を、以下に詳細を説明するシェルおよび管の熱交換アセンブリのような枠の中に置く。
【0046】
前述の考察から明らかなように、下部構造の束間で短絡を避けるためには、多孔性であるが電気的には絶縁体の素材で各束を覆う必要がある。従って、各束をファイバーグラスあるいは多孔質素材の包装膜の中に覆い、この中で束が差し込まれるか、包装素材で包まれているようにすることができる。
【0047】
下部構造の束を交互に形成し、各末端を交互に束に詰めることで、束の正極端を別の束の負極に近づけることができる。この代替技術では、下部構造の束を最初に取り付け、その後最初の束の正極を次の隣り合った束の負極に接続することで、連続接続する必要がある。下部構造の束は、単に各マイクロセルの電気接続を形成することでも接続できる。代わりに、(全てのマイクロセル繊維が下部構造の束で並列接続されている)束の接続点で、表面が鏡像になっている末端プレート、およびそのプレートにデザイン、構築された端子の連続接続の跡を利用することもでき、束の各接続点でプレートが電気的に接続され、自動的に連続接続となる。
【0048】
さらに下部構造の束を取り付ける別の代替技術では、各束の末端に、密閉した管シート膜をつけて加工することもできる。この後、各束を枠に挿入し、下部構造の束と同じパラメーター(外周)のサイズの各末端を開口することができる。このような加工をすることで、例えば、Oリングや他の密閉方法により、各束を容器のそれぞれの末端で密閉することができ、再度束を取り付ける必要がない。このような構成では、簡単に、また容易に影響を及ぼすことができるように、下部構造の各束を容器から取り除いたり、容器に入れることができ、全体として、マイクロセル装置の発電能力を増加、低下させることができる。
代わりに、マイクロセル層と外側電流コレクタを交互に重ね、配列を繰り返すことで、この下部構造の束を長方形に加工することもでき、望みの高さ、長方形の断面積とすることができる。マイクロセル繊維要素および外側電流コレクタを構成する層は、前述の通り、シート様にすることができる。
【0049】
それぞれの繊維状マイクロセル要素および外側電流コレクタの下部構造としての層を連続接続する場合、電流コレクタ要素は通常、繊維状マイクロセル要素と長さが同様という特徴を持っており、それぞれの繊維状マイクロセル要素と電流コレクタ層が縦方向に互いを相殺する。このような配置では、外側電流コレクタ要素を繊維状のマイクロセル層の他端以上に移動させ、外側電流コレクタ要素が反対側の末端で対応して短くなるため、第一層(下の層)の繊維状マイクロセル要素が外側電流コレクタ層の末端よりも長くなる。
【0050】
従って、層状アセンブリの各末端では、上方あるいは下方の層の「末端が短くなった」ラインができ、全体のアセンブリの各末端で結合した構造ができるのは、この短い末端部分となる。
【0051】
この下部構造の層アセンブリに多孔性の絶縁シート素材を置き、2つ目の下部構造の層アセンブリは、多孔性の絶縁体シート上に作る。2つ目の下部構造の層アセンブリでは、下部層を多孔性の絶縁体シート上に直接置き、外側電流コレクタの層と重ねて、互いに相殺させ、新しい下部構造層の正極を全体のアセンブリでは最初の下部構造層の負極として、同じ面に来るように配置する。下部構造層が望みの高さとなるまで、また望みの電圧が達成できるまで、この加工パターンを続ける。例えば、以下に説明する伝導性の棒状部品あるいはひも状部品とともに、各末端それぞれの陽極、陰極電流コレクタの端を互いに接続する。
【0052】
代わりに、それぞれの下部構造層を積み重ねる前に、最初に隣接した層の陽極、陰極端と繊維状シートを電気的に接続し、層状アセンブリを加工することができる。その後、最後に積み重ねた下部構造層をアセンブリの両端で結合し、下部構造層アセンブリの孔をシェル側から分離、密閉する。次に、繊維を積み重ねた束を結合したものを孔を開けた管に置くと、この管がアセンブリのホローファイバーのシェル側に通ずる燃料注入口として機能する。例えば、それぞれの層が重ね合わさるように、直線上あるいは数珠状のエポキシや他の結合化合物を両端に置くことで、繊維が層状となるように、繊維状のマイクロセル要素と外側電流コレクタを交互に取り付けることができる。繊維状マイクロセル要素が完全に湿り、得られた管シートが漏れ内容にしっかりと固定するように、適切な粘度の結合素材を選択する。
【0053】
一度結合すると、マイクロセル層の束あるいは積み重ねは容器の中に入り、いずれかの末端(シェル側あるいは孔側)で燃料が注入されたときに、マイクロセル要素のシェルおよび孔が密閉、分離される。生成したユニットは長方形のシェルと管状の熱交換器という構成を取っており、このようなユニットは、容器の孔側に燃料を送る1つ以上の注入口と容器の孔側から使われた燃料を取り除く1つ以上の排出口を持たせることで、有利に加工できる。
【0054】
マイクロセル要素を積み重なった層に入れた場合、このような積み重ねは、各末端で結合材間の孔を開けた管上に位置する。管の孔を開けていない部分を容器の他端より長くする、例えば説明した通り、マイクロセル要素の孔側に燃料注入口あるいは排出口を持たせたり、密閉した状態で容器より管を長くすることで、マイクロセル要素のシェル側に燃料注入口ができる。層状のマイクロセルの積み重ねは、孔を開けた送管の両側に置くことができ、以下のその詳細を説明するように、対称な二重の積み重ねを作ることができる。
【0055】
今回の発明の1つの側面では、マイクロセルアセンブリの小さな下部構造の束を、同一のセル容器の中で電気的に連続接続することができ、あるいはより小さな燃料電池モジュールを電気的に連続接続し、全体の電池電圧を上げることができる。今回の発明の別の実施例として、高電圧レベルを達成する1つのアプローチは、(それぞれが多数のマイクロセル装置を構成する)燃料電池の積み重ねを何倍にもし、並列にガスを供給し、積み重ね自体を連続接続されたマイクロセル束のアセンブリとするものである。
【0056】
1つの実施例では、伝導繊維をマイクロセル装置とともに束ね、伝導繊維が繊維シェル側の電流コレクタとして機能するようにする。シェル側の電流コレクタ、あるいは代わりに適当な電気触媒でコーティングした外側電極を、共通のプレートに接続し、束状アセンブリの最初の端子を構築する。同様に、マイクロセル繊維の孔よりも長くした内部電極をプレートに接続し、アセンブリに2つ目の端子を形成する。
【0057】
このような燃料電池アセンブリでは、燃料あるいは酸化剤が繊維の孔側あるいはシェル側それぞれの電極を通り、電解質を入れた膜隔離板が燃料あるいは酸化剤が他方の電極に移動するのを防ぐ。
【0058】
本発明では、最終段階のより大きな束構造を成す、下部構造の束を形成するため、マイクロセルの繊維構造が有用に取り付けられ、下部構造の束が連続あるいは並列に接続されている(あるいは以下に考察するように、一部の構造や下部構造の束をマイクロセル要素の並列接続アセンブリと並列に接続することで、他の下部構造の束と連続接続させることもできる。連続接続したマイクロセル要素が下部構造の束を形成し、これが相互に並列接続される逆の配置も、一部の応用分野で有用である)。
【0059】
1つの好適な実施例では、マイクロセル繊維構造を下部構造の束として加工し、この束を他の束と一緒に集め、再び結合し、燃料電池モジュールを形成する。このようなマイクロセル繊維構造あるいは下部構造の束の構造を固定するために用いられる有利な結合基質は、エポキシ、ウレタン、シリコン、EPDMゴムなどのカプセルの材料基質など、適当であれば、いかなる結合基質あるいはカプセルの材料基質でも良い。
【0060】
下部構造の束は、最終モジュールのアセンブリで利用した工程と同様、各末端をOリングで密閉した管シートから作成することができ、その下部構造の束を、孔を持たせた金属あるいは高分子のシートに挿入する。これで、燃料電池の容器には2面ができ、1面はそれぞれの末端に、下部構造の束の管シートの外径サイズに切り取った孔があることになる。
【0061】
この配列により、下部構造の束を全体のモジュールに付け加えたり、取り除いたりすることで、電力を増減できる(例えば、据え置き蓄電池、あるいは調節可能な自動車の電力を供給する電気自動車など、動力輸送の応用分野での電源)。下部構造の束をモジュールから取り外した場合、表面の孔を孔と同じ大きさの空のシートで密閉することができる。この特徴のため、欠陥のある下部構造の束を取り外し、新しい束と取り替えることで、個々の束を修理できることにもなる。下部構造の束自体、より小さな下部構造の束を形成する結合ユニットとすることもできる。
【0062】
図1−4は、マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維状要素の構造の透視図である。
【0063】
図1に示す通り、繊維状マイクロセルシート10は、平行な配置に相互に並べて置かれた、複数の繊維状マイクロセル要素12からできている。それぞれの繊維状マイクロセル要素12は、示されている通り、複数の縫い合わされた継ぎ目16により強固にしてあるか、テープ、粘着剤などの添付方法を使用して強固にしてあり、単繊維状マイクロセルの要素シートを形成している。
【0064】
示されているシート10は、要素12の最初の末端18に合わせて、互いに横に並べてある。つまり、この末端は全体的に、互いに軸に対して同一の広がりを持っており、末端18は内側電流コレクタ14が突き出たシート面を横切って広がる共通の垂直面にある。
【0065】
同様の方法で、繊維状マイクロセル要素12の反対側の末端20は互いに横に位置を合わせて並べてあり、その末端は通常、繊維状マイクロセル要素12の反対面で横に垂直に広がる面に、相互に並べてある。
【0066】
この方法で、線維は互いに隣接しながら平面に置かれて、網目状の構造に集まり、繊維のシートを形成している。
【0067】
複数の外側電流コレクタ24も同様に、縫い合わされた継ぎ目26により並列に並べた配置で強固にしてあるか、代わりにテープ、粘着ひもなどの連結方法を使用して強固にしてあり、図2に示されている通り、シート22を形成している。このようなシート22では、それぞれの末端28および30を構成する電流コレクタ24は、互いに位置が合わせてあり、繊維状電流コレクタの各末端が、網の各末端で横に垂直に広がる面にあることになる。
【0068】
次に、繊維状マイクロセル要素12のシート10および繊維状電流コレクタ要素24のシート22を、電流コレクタシート22が繊維状マイクロセル要素のシート10の上になるように重ね、図3に示した結合構造32を作る。
【0069】
このような結合構造32では、それぞれのシート10および22が互いに縦に相殺し、示されている通り、シート10の内側電流コレクタ要素14がシート22の外側電流コレクタよりも長くなるようにし、それに対応して、結合構造の反対側で、シート22の外側電流コレクタがシート10の内側電流コレクタ14の端よりも長くなるようにする。従って、上に載せたシート22のそれぞれの外側電流コレクタは、下になったシート10の対応した繊維状マイクロセル要素と接触する。
【0070】
図4では、図3の結合構造32が、第2の層36を下層として上に形成されるアセンブリの最下層になっている。第2の層36は並列に並べられた繊維状マイクロセル要素38を含み、対応するシートを形成し、第2の層には、示されているように縫い合わされた継ぎ目40で外側の電流コレクタ48が固定されたシートを上にかぶせてある。
【0071】
この第2の層には、繊維状マイクロセル要素38がそれぞれの末端42および44で互いに位置を合わせてあり、外側の電流コレクタ48のシートは、繊維状マイクロセル要素38のシートの縦方向に置いてある。このような配列では、外側の電流コレクタ48が繊維状マイクロセル要素38の末端42より長くなり、繊維状マイクロセル要素38の内側の電流コレクタ46が外側の電流コレクタ48の末端よりも長くなる。
【0072】
同時に、アセンブリの各末端で第1層と第2層それぞれから、縦に突き出た電流コレクタは、互いに軸に対して同一の広がりを持っている。高分子でできた多孔性の絶縁層あるいはファイバーグラスシートである50は、図4に示す通り、層32および層36の間に置く。
【0073】
図5は、電流コレクタあるいはマイクロセル繊維アセンブリの電極要素をつなぐコネクタ52の透視図である。コネクタ52には、2つのはね54と56があり、これが互いに90°の角度になっていて、このはねが互いにくっつくように押し合わせることができる。複数の電流コレクタあるいは電極要素をコネクタのはねの間に置き、はねを押し合わせると、電流コレクタあるいは電極要素は電気的にしっかりと接触する。
【0074】
図6では、図4のマイクロセルアセンブリを示しており、図右側の電流コレクタ要素がコネクタ52に固定され、電流コレクタ要素2つが互いに電気的に接触している。
【0075】
図7では、マイクロセルアセンブリ70の透視図を分解組立図で示し、連続接続したマイクロセルシート層60、62、64、66を示している。下のシート層60は、コネクタ72で接続された内側電流コレクタ要素から成り、このような層の上に重なった外側電流コレクタのシートが、今度はコネクタ74で留められている。
【0076】
このアセンブリで次に上になった層は、コネクタ78で接続された内側電流コレクタから成り、コネクタ78は内部連結76でコネクタ74と結合している。同様に外側電流コレクタはコネクタ80と結合している。
【0077】
コネクタ80は、内部連結82によって、このアセンブリで次に上になった層のコネクタ84と結合している。コネクタ84は、この次に上になった層の内側の電流コレクタを接続し、この層の反対側の末端では、コネクタ86が内部連結88を介し、このアセンブリの一番上層のコネクタ90に外側電流コレクタを接続している。
【0078】
コネクタ90はこのアセンブリの一番上層の内側の電流コレクタを接続し、このアセンブリの一番上層の反対側の末端では、外側電流コレクタがコネクタ92によって接続されている。
【0079】
このアセンブリを構成する各層は、それぞれ対応する多孔性の絶縁シート94、96、98によって隣接する層と隔離されている。
【0080】
前述の配置によって、図7のアセンブリの各構成層は、図でそれぞれのコネクタが逆に示されていることからも明らかなように、先頭から末尾に連続して次に隣り合った層と結合している。
【0081】
図8は、連続してつなげられたマイクロセル層の層状配列を成すアセンブリ100の概略図であり、層102および104が多孔性の絶縁シート110で分けられ、層104および106は多孔性の絶縁シート112で分けられ、106および108は多孔性の絶縁シート114で分けられている。
【0082】
図9は、マイクロセル層を連続してつなげた配列130の三次元透視図である。最下層が示されており、これは繊維状マイクロセル要素122のシートになっている。122から内側電流コレクタ要素124が層の左側に突き出て、外側電流コレクタ要素126が上に重なり、マイクロセル層を形成している。概略図に示してある通り、最下層は、多孔性の絶縁層128によって、次に上になった層と電気的に分離していることが示されている。他の層も同様の構成になっている。最上層130は、示されている通り、隣り合って配置された3つの繊維状マイクロセル要素で構成されており、このアセンブリの他の繊維状マイクロセル要素のシートも対応して構成されている。このようにして、束状マイクロセルの構造が形成されている。
【0083】
図10では、マイクロセルの下部構造の束138を結合した配置136を示す。ここでは、コンポーネントの下部構造の束が、それぞれ反対側の電流コレクタ要素140および142と連続的に結合されており、隣り合った束は多孔性の絶縁シート147により、電気的接触から切り離されており、短絡の可能性がなくなっている。示されている通り、下部構造の束138はそれぞれの末端で、結合材144および146によって結合されている。
【0084】
図11は、二重に積み重ねた束状のマイクロセル層で、上面152とオプションとして下面(図11の図には示されていない)に孔154を開けた管150の透視図である。2つの固定壁156、158が両側にあり、繊維シートを所定の位置に固定している。望みの電圧が得られるまで、孔を開けた管の上に繊維を積み重ねる。示されている通り、内部のプレナムチャンバの管150に液体の導入/排出管160をつなげている。
【0085】
横になった繊維シートはエポキシで結合することができる。代わりに、繊維シートを容器に束ねて取り付け、この行程を終えることもできる。繊維は、開いた末端が開いたままになるように、各末端で結合する。孔を開けた管が繊維のシェル側への導入口となる。
【0086】
図12では、容器150に埋め込んだマイクロセル繊維束162の横断立面図を示している。この繊維束は繊維状マイクロセル要素の層164および166で構成され、外側の電流コレクタ要素のシート168を間に置き、隣接した電流コレクタと繊維状マイクロセル要素のシートの間を、多孔性の絶縁素材でできたシート170が分離している。この束は、結合材163により取り付けられている。
【0087】
図13は、図12の容器の側面図であり、固定壁156および容器の液体の導入/排出管160、また束の各面180および182の端子の結合を示している。
【0088】
図14では、注入口198から供給ガスを受け取る送管196の反対側で、繊維状マイクロセルシートが2つの下部構造の束188および190で結合した配置186を示している。送管には、上面および下面ともに孔があり、構成する下部構造の束それぞれは、上の束が結合材192で留められ、下の束は結合材194で留められている。
【0089】
図15では、孔を開けた管の各面で積み重ねるようにマイクロセル要素を構成した、二段重ねの配置200の側面図である。ガス供給管198が図に示されている。この図に示されている配置には、対応する電流コレクタ要素を結合する、コネクタ/端子部品の202、204、206が含まれている。
【0090】
図16は、孔を開けた送管の片面に取り付けた繊維状マイクロセル要素のアセンブリ210の透視図であり、ガス注入口224および固定壁216を含む。結合した長方形の微小繊維の束を配置し、結合材218および220によって、それぞれの末端が結合されている。
【0091】
図17では、孔を開けた送管238の両面に繊維を置いた場合の容器230を示している。この容器は、マイクロセルアセンブリのシェル側から気体を排出する排出口242のある中央部232、孔側で使用された気体を排出する排出口248を備えた末端部234、および孔側の気体を容器に導入する注入口246のある末端部236で構成される。孔の開いた送管を配置して、供給ガスを容器の中央部232に送り、そのシェル側で流れを作っている。
【0092】
図18は、結合材266および268によって、その各末端で結合されたマイクロセル束280を含む、システム250の立面図である。これらの結合材は、容器252の内表面をOリング270および272によってしっかりと漏れないように留めている。
【0093】
容器252にはフランジ256があり、容器の末端部258と中央部をつないでいる。容器の中央部には内容積252があり、これは末端容積278が結合材268によって、末端容積282が結合材266によって分けられている。燃料注入口276は末端容積278につながり、末端容積282は使用されたガスの排出口284につながっている。
【0094】
使用されたガスの排出口264は内容積262とつながっている。送管260は内容積262のマイクロセル束280に中心まで延び、縦に孔が開いており、内容積のマイクロセル束280のシェル側に供給ガスを導入する。使用されたガスは排出口264に排出される。注入口276から末端容積278に導入された燃料は、束280のマイクロセル要素の孔側を流れ、束から末端容積282に流れた後、容器252の排出口284から排出される。
【0095】
電流コレクタは末端容積282の端子292と結合し、その端子構造は容器252の外部に延びている。反対側の末端容積278では、もう一方の内側および外側の電流コレクタが端子290と結合し、この端子は容器の外部に延びている。
【0096】
図19では、末端302が開いた、孔を開けた送管300を示している。中央部306の縦に沿って孔308が開いている。
【0097】
図20では、図19の孔を開けた管300の周りに回転あるいは巻き付けることができる、繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシート312、314を示す。このシートを回転させているところを示したものが図21、回転し終えた形が図22である。
【0098】
シートは他方のシート上に置き、繊維状マイクロセルシート312の末端が、シェル側の電流コレクタシート314よりも一端で長くなり、もう一端ではシェル側の電流コレクタシート314が長くなる。その後、シート312、314を孔を開けた管300の周りにきつく巻き付け、結合材322および324で留めている。
【0099】
図23は繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシート332、334、および絶縁シート330(ファイバーグラスや多孔質のプラスチック素材など)を示している。図24は、繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシートを2枚ずつ含めた、シートアセンブリ338、340、342、344、346の透視図である。
【0100】
図25は、埋め合わされた繊維層を用いたマイクロセルアセンブリ338、340、342、344、346の側面図である。セルを形成する2つの繊維層の間に絶縁シートを置いている。図25に示されているように、絶縁体の一方の面のシートが絶縁体の端よりも長ければ、繊維層を別の繊維層と連続して接続することができる。
【0101】
図26は、マイクロセルを束にしたもの350の断面図である。これは、陽極354に陰極352を散在させ、束にした構成のアセンブリとなっている。
【0102】
図27は、マイクロセルの下部構造の束360を連続的につなげた場合の側面図であり、下部構造の束362、366、370、374がコネクタ364、368、372によりそれぞれ内部連結されている。前の束に対して後に折り畳んだり、次の束に対して前に折り畳んだりできるように、下部構造の束の鎖をアコーディオンのように折り畳むため、このコネクタは柔軟性が高いことが望ましく、全方向に曲がるものが最も好ましい。
【0103】
図28は、マイクロセルの下部構造の束をコンポーネントとして、連続につなぐために用いられるコネクタ376の透視図である。コネクタ376は、押し合わせることができるはね378、380が間隔をおいてペアに構成され、それぞれがペンチなどの道具により押し合わせることができ、下部構造の束の突出した電流コレクタを圧縮してしっかりとつかむ。このはねは伝導性で、それ自体が曲がることのできるくびき要素382で内部連結されている。このくびき要素はワイヤーや金属フィラメントなどで作るができ、それぞれのはね378および380がつないだ下部構造の束を電気的に内部連結する役割を果たす。
【0104】
図29は、複数の束を持つアセンブリ390で、その中に、各束391に対応する送管394を入れ、管シート393を取り付け、Oリングのシーリング剤392でそこをしっかりと漏れないように密閉した場合の横断立面図である。
【0105】
図30は、図29の複数の束を持つアセンブリの横断立面図である。この中で、それぞれの束が連続して接続され、図29に対応して番号が付けてある。連続した配置でワイヤー398をつなぐことで、それぞれ隣接する束が相互に連結された端子要素396および400で内部連結されている。
【0106】
図31は、下部構造の束を複数入れた燃料電池モジュールの断面図で、図29に対応して番号が付けてあり、下部構造の束が取り除かれた場合、空のまま密閉した要素402および404がモジュールを囲った管シート393を閉鎖する要因となる。
【0107】
図32は、マイクロセルでできた複数の下部構造の束460、462、464と、分岐させて配置した送管450を持つ燃料電池モジュール410の側面図である。このモジュールには、モジュールの容器壁と管シート472および474で仕切られた中央内容積424を囲む容器422が含まれる。管シート472に対して、下部構造の束はOリング要素438で漏れないようにしっかりと固定されており、474に対しては、下部構造の束はOリング要素434で漏れないようにしっかりと固定されている。
【0108】
容器の末端要素は、それぞれ末端容積426および428で囲まれている。末端容積426には、ガスを流すために送管450がつなげられた多岐管があり、枝分かれしたライン454、456、458につながった多岐管のライン452によって、3つの下部構造の束460、462、464それぞれに供給ガスが送られる。枝分かれしたライン454、456、458はそれぞれの下部構造の束に結合されている。
【0109】
下部構造の束は、下部構造の束460および462を内部連結する連結ライン440および下部構造の束462および464を内部連結する連結ライン442によって、相互に次々と連続結合されている。示されている通り、このように連続した外側の下部構造の束は、端子444および446によってそれぞれ結合されている。
【0110】
容器右側の末端部分はフランジ430によって、容器の主要な中央要素と結合されており、相互に機械的な留め金のような方法で結合し、容器のコンポーネント要素をしっかりと漏れないように固定することができる。
【0111】
この容器では、燃料注入口466で燃料と酸化剤の流れの一方を末端容積426に導入し、その孔側で下部構造の束に流す。
【0112】
排出口468は、図の左要素で容器422につながっており、容器の末端容積から使用された供給ガスを排出する。
【0113】
使用されたガスの排出口470は、容器の主要な中央部分にあり、容器の内容積424で、下部構造の束のシェル側から使用されたガスを排出する。
【0114】
図33は、マイクロセルの下部構造の束494、496、489、498を含むモジュール480が入っている容器515の内部容積506に、送管514を通過させたものを示した、断面からの側面図である。この配置では、管シート500および502で、下部構造の束が対応するサイズの受入口に取り付けられており、管シートはOリングのシーリング剤492により、容器が漏れないようにしっかりと固定されている。この方法では、容器の内部容積が中央容積506と末端容積526および528に分けられる。
【0115】
容器には、供給ガスの注入口510、使用されたガスの排出口508および512が取り付けられている。下部構造の束のシェル側で使用されたガスは、排出口508で容器から排出され、注入口510に入った供給ガスは、下部構造の束の孔側を流れ、末端容積528に排出される。末端容積528からは、孔側で使用されたガスが排出口512で容器から排出される。
【0116】
容器515の内部容積にある下部構造の束は、連続したコネクタライン516、518、520によって相互に連続して結合され、連続して配置された外側の下部構造の束は、端子522および524で結合される。
【0117】
容器515はフランジ443で開いて右側の末端部分を取り外すことができ、その後、それぞれの下部構造の束を評価して修理あるいは交換することができる。
【0118】
従って、本発明に沿ったマイクロセルは、隣り合った部品(繊維状マイクロセルシート層、下部構造の束)と次々と、容易に互いを連結させることができ、多孔性で絶縁体の電気を通さない素材でできたシートやシージングボードによって、あるいはこのように隣接したマイクロセル部品間の電気的干渉を確実になくすような方法で、相互に遮断することができる。本技術の高度な方法のおかげで、図32および33で示された多数の下部構造の束は一例に過ぎず、本発明の特定の応用分野では、特定の実施例でのエネルギー発生の需要や、他システムの構造上、操作上のパラメータによって、多数の下部構造の束を様々に変化させることができる。
【0119】
本発明のマイクロセル部品を利用した高電圧電気化学的セルの製造では、マイクロセルの束状あるいはシート状アセンブリを製造する。例えば、200アンペアの設計電流が必要な場合、多数の繊維状マイクロセルを並列に接続し、必要な電流を発生させる。得られたマイクロセル構造は円筒状に束ねられるか、複数の層を持ったアセンブリを形成するために用いる。束の場合、陽極および陰極の繊維状要素は電気的に絶縁状態である必要があるが、それでもお互い密接に接触していなければならない。この高電圧を達成するためは、シートあるいは束を連続に接続する、つまり、1つのセルの陽極を次の隣接したセルの陰極に接続する。相互に連続結合したセル、束、あるいはシートを同一の容器に埋め込んで密閉すれば、望みの高電圧を発生する電気化学的セルモジュールとなる。
【0120】
端子の管理
マイクロセル要素を束ねるか、そうでなければ小型の構造に集めて、モジュール式電気化学的セルアセンブリを形成すると、得られた電気化学的エネルギー生成/エネルギー変換装置は作動中に多量の熱を発生する。
マイクロセアセンブリから熱を取り除くため、今回の発明に沿って様々な方法が利用できる。
【0121】
本発明の1つの特徴では、伝熱管をマイクロセル束、下部構造の束、あるいは他の集合マイクロセルアセンブリに分配する。好適な実施例では、このような伝熱管を、マイクロセルアセンブリの繊維状マイクロセル要素と並列に配置する。
【0122】
別の実施例では、伝熱管をアセンブリの下部構造の束間に置き、伝熱管が少なくとも(下部構造の束の端あるいは外側の一部が取り付けられている)管シート面の一端から反対の端まで延びるようにする。本技術の高度な方法のおかげで、伝熱管の数、サイズ、材質は、回収する必要のある熱量、燃料電池の操作温度、使用している熱交換液の種類、液体のポンピング要件あるいは流速によって容易に決定できる。
【0123】
燃料電池モジュールのマイクロセル繊維の孔側に流れる、燃料からの熱交換液分離を管理するため、伝熱管の長さがシェル側のマイクロセルホローファイバーの孔側を密閉する管シート以上になるように、伝熱管の長さを選択することができる。次に伸張した伝熱管を再度取り付け、伝熱管の孔とマイクロセルホローファイバーの孔の間にバリアを形成する。
【0124】
伝熱管を取り付けた燃料電池モジュールの最終アセンブリは、最初の容器の一端に熱交換液を導入する注入口を付けた構成、および2つの結合部位(つまり結合した伝熱管と結合したマイクロセル要素)の間にマイクロセルの孔側に燃料を導入する注入口を付けた第二の容器を含んでいることが好ましく、容器の構造は反対側で対応した構造になっており、熱交換液と使用した燃料を排出するそれぞれの排出口があることが望ましい。
【0125】
今回の発明に沿ったマイクロセルの電気化学的セルモジュールについて、代わりに利用できる熱管理デザインでは、マイクロセル構造の孔側かシェル側のいずれか、またはその両方の電流コレクタとして、中空の、非多孔性、伝導、伝熱の管を利用する。電流コレクタは各管シートの反対側で終端するため、熱交換の電流コレクタ管を上述のように取り付け、一端のみで熱交換液の容器と孔側/供給を隔離することになる。反対の末端では、伝熱管が管シートで終端する。
【0126】
この配置では、熱交換液と孔に流れる燃料を、排出口で混ぜることができる。このシステム設計では、熱交換液がマイクロセルの孔に入らず、触媒あるいは電解質と接触しない。例えば、孔に流れる燃料と熱交換液を同じ方向でモジュールに供給することができ、熱交換液と孔に流れる燃料がマイクロセルの燃料注入口以外では、混ぜらないようにすることができる。
【0127】
次に、熱交換液を別のユニットで回収するか、容器のプレナムを利用して熱交換液を収集し、リサイクルすることができる。例えば、燃料が気体あるいは水素ガスの場合、熱交換液と熱量の分離は容易に達成することができる。
【0128】
熱交換液と孔に流れる燃料が同じ(例えば空気)という特別な実施例では、熱交換液と燃料を混ぜることもでき、さらに分離する必要はない。
【0129】
さらなる実施例では、マイクロセル要素のシェル側あるいは孔側の電流コレクタから、熱を伝導することで、マイクロセルモジュールから熱を取り除く。このアプローチでは、電流コレクタの末端を延ばし、マイクロセルモジュールの入った容器内側のプレナム、あるいは繊維孔に出入りする燃料の注入口あるいは排出口で、容器内に位置する熱交換路にある熱交換液に浸す。後のケースでは、熱交換通路の入口と出口が、マイクロセルモジュールの内容積と漏れないようにしっかり分離されている。
【0130】
図を参照すると、図34は示されている通り、伝熱繊維や伝熱管538をマイクロセル束532に散らばせた(分布させた)マイクロセルアセンブリ530の断面図である。
【0131】
示されているマイクロセルアセンブリでは、各マイクロセル束を管シート536の対応したサイズの孔に取り付け、マイクロセル束をOリングのシーリング剤により、そのような孔で漏れないようにしっかりと密閉している。もう1つの方法としては、マイクロセル束532の末端伝熱管538を取り付け、管シート536を形成する。
【0132】
図35は、空気路/燃料路および伝熱路を示した、燃料電池モジュールの横断立面図である。
【0133】
燃料電池モジュール540は、結合材552および554によってマイクロセルアセンブリ550が取り付けられた容器541で構成されている。結合材は、Oリングのシーリング剤556および558によって、容器の内壁周囲と密閉するようにかみ合っている。この方法では、結合材552および554で固定された容器に、内容積560ができる。ガス排出口586は、容器の主要な中央部に取り付けられ、アセンブリ550のマイクロセル要素のシェル側とガスの流れをつないでいる。
【0134】
図35の燃料電池モジュールは、それぞれ、容器541の内壁とOリングのシーリング剤578で密閉するようにはめ込まれた管シート562、容器の内壁とOリングのシーリング剤580で密閉するようにはめ込まれた管シート578を特徴としている。
【0135】
このような配列では、中間にある容積576が結合材552と管シート578の間にあり、末端容積が示されている図の左側、容器の端にある。
【0136】
対応して、中間容積568が結合材554と管シート562の間に形成され、図35では、容器の右端部分で末端容積も図に示されている。
【0137】
冷却剤の注入口582は燃料電池モジュール容器の右端部分にあり、冷却剤の注入口590は容器の左端要素にある。
【0138】
燃料注入口584はモジュールの中間容積568とつながっており、使用された燃料の排出口588はモジュールの反対側の末端で、中間容積576とつながっている。
【0139】
マイクロセルアセンブリ550の横断面に(縦軸を横切って)分布しているのは、複数のホローファイバー伝熱路604であり、これはマイクロセルアセンブリおよび中間容積の全長に延び、管シート562および578を越えてそれぞれ末端容積566および565に延びている。
【0140】
中央の送管592は右側から容器に入り、マイクロセルアセンブリ550の中央まで延びている。マイクロセルアセンブリ内では、特徴として送管に孔が開いており、マイクロセルアセンブリの繊維状マイクロセル要素のシェル側に燃料を供給している。
【0141】
中間容積568および576の電流コレクタは、それぞれ端子600および602にはめ込んであり、この端子は容器541の外に延びている。
【0142】
容器541はフランジ570と連結し、適当な機械的な留め金によって固定されている。ここでは、容器の右中央の容積および末端容積部分は取り外し可能になっていて、燃料電池モジュールの内部につながっている。
【0143】
作動中は冷却剤が(図35に示されていない外部の供給源から)末端容積566に流れ、末端が開いた伝熱管604を流れ、軸方向に管を流れて反対側の末端容積565に行き、ここから冷却剤が排出口590を通して排出される。また、例えば連続したループのように、注入口582に冷却剤が再循環して熱回収を行うようにもすることができる。同時に、供給(酸化剤および燃料)がマイクロセルアセンブリ550のマイクロセル要素のシェル側および孔側それぞれに導入され、電気化学的反応により電力が発生して、それぞれ端子600および602を介して外部負荷に伝わる。このような目的では、端子は適当な回路と外部負荷コンポーネントと結合している。
【0144】
図36は、繊維状マイクロセル要素612が散らばったホローファイバー614を組み込んだマイクロセル束610の断面図である。 このような束では、ホローファイバーが外部電極として機能し、熱交換も可能になっている。従って、マイクロセルアセンブリの操作中、束から偶発的に電気化学的反応により発生した熱を取り除くため、例えば空気などの伝熱物質の流れを介して、内腔の孔を通過させることに加え、ホローファイバーを電気触媒物質でコーティング、含侵、押出することができ、そうでなければ電極要素として構成し、機能的に使用することができる。
【0145】
図37は、ホローファイバーの伝熱要素を利用した燃料電池モジュールの断面からの側面図である。
【0146】
図37の燃料電池モジュール620は容器625で構成され、フランジ構造624でつばが付けてある。これが容器の右部分を分け、主要な中央部分から切り離し、モジュールの内部構造につながっている。容器625には、結合材628および630で結合されたマイクロセル束626が含まれ、容器625の内壁表面がOリングのシーリング剤632および634で漏れないようにしっかりと密閉され、内壁とそれぞれの結合材628および630で仕切られた、容器内の内容積636を規定している。
【0147】
結合材630の軸方向にあるのが管シート640で、ここでは内容積660を規定し、容器の内壁をOリング要素642で密閉している。
【0148】
電流コレクタを構成する伝熱管は管シート628で終端し、伝熱/電流コレクタ管が容器622の末端容積662につながっている。
【0149】
容器内の管シート640の外側が末端容積658である。中央送管641は容器の末端壁622よりも長く、マイクロセルアセンブリ626の中央に延びている。このような中央送管はマイクロセルアセンブリ内で孔が開いており、アセンブリのシェル側に燃料を供給している。
【0150】
容器の右部分はフランジ624で取り外しができ、モジュールの内部につながっている。【0151】
中間容積660には、燃料を導入し、アセンブリ626を介して容積662に燃料を流す注入口646がある。容積662には、使用した燃料を排出する排出口648がある。容器の中間容積636には、シェル側で使用された燃料を排出する排出口538がある。
【0152】
モジュールの末端容積658には、冷却水を導入し、この容積に延びるホローファイバー要素に冷却水を流す注入口644がある。ホローファイバー要素を介して軸方向に流れた冷却水は反対側の末端容積662に流れる。
【0153】
本実施例のホローファイバーの伝熱路はホローファイバーの電極で形成され、示されている通り、このような電極が、それぞれ対応する端子652および656と末端容積で共役している。
【0154】
図38は、熱伝導により電流コレクタから熱交換を行う燃料電池モジュールの横断立面図である。モジュール700には、マイクロセルアセンブリ704が含まれる容器702があり、それぞれOリングのシーリング材710で密閉された結合材706、およびOリングのシーリング材712で密閉された結合材708が取り付けられている。その結果、内容積720の範囲が規定され、内容積720から使用された燃料を排出する排出口740につながっている。
【0155】
中央送管714はマイクロセルアセンブリ704の中央に延び、マイクロセルアセンブリ内で縦に沿って孔が開いており、アセンブリのシェル側に燃料を供給している。
【0156】
容器702の末端容積724には、燃料を導入し、マイクロセルアセンブリ704の孔を通過して末端容積722に燃料を流す注入口742があり、末端容積722からは、排出口732から使用された燃料を排出する。
【0157】
このモジュールでは、熱交換器746が末端容積724に含まれ、マイクロセルアセンブリの電流コレクタ要素と接触して熱交換を行っている。(図38には示されていない供給源からの)熱交換液を熱交換器あるいは注入口748に導入し、循環させて排出口750から排出させる。
【0158】
同様の方法で、反対側の末端容積722には、熱交換器780と熱交換液を受けとって流す注入口728、および2つ目の熱交換器780から熱交換液を排出させる排出口730が含まれる。
【0159】
それぞれの末端の電流コレクタは、端子738および736と導電接続している。容器702の左部分にはフランジ726でつばが付けてあり、これにより容易に容器を開放し、容器の内部にアクセスすることができる。
【0160】
図39は、本発明の1つの実施例としての、燃料電池系の回路図である。燃料電池系780にはマイクロセルモジュール782が含まれ、ここには冷却液の注入口810、冷却液の排出口792、燃料注入口794、酸化剤注入口799、使用された燃料の排出口786、使用された酸化剤の排出口804と連結した容器784が含まれている。燃料注入口786は、背圧調節バルブ788とつながった排出ラインに結合している。同様の方法で、使用された酸化剤の排出口804は、背圧調節バルブ808とつながった排出ライン806に結合している。それぞれの背圧調節バルブ788および808を調節し、燃料および酸化剤類が関与した電気化学的反応の速度と程度を制御することができる。
【0161】
この系には、燃料供給タンク798が含まれ、燃料注入管794につながった燃料供給ライン796と結合している。同様に、酸化剤タンク802には、酸化剤供給ライン800が結合し、これが酸化剤注入口799と共役している。
【0162】
この系では、冷却剤を循環させる配置が取られており、冷却剤排出口792と結合した再循環ライン816があり、そこにポンプ818と熱交換器820が配置されている。熱交換器820は暖まった冷却液から熱を取り除き、この液をサージタンク814にリサイクルして供給ライン812から冷却水注入口810に戻す。
【0163】
その結果、図39で示されたシステムが稼働すると、容器のホローファイバー製伝熱管を通して冷却液が流れ、サージタンクに連続的に再循環し、サージタンクでは冷却水を滞流させて高率で電気化学的酸化を行う。
【0164】
二重膜のマイクロセル構造とアセンブリ
本発明の特別な応用分野では、通常、マイクロセル構造が二重膜構成で利用される。
【0165】
1つの実施例では、このようなタイプのマイクロセル構造を、ホローファイバー製内部隔離板によって容易に形成し、内側電流コレクタおよび内部電極の電気触媒をシェル側に取り付ける。このようなホローファイバー製内部隔離板は、ホローファイバーの外部隔離板によって囲まれている。外部ホローファイバー膜の孔を電解質に侵し、外部電極の電気触媒で外部ホローファイバー膜のシェル側をコーティングし、二重膜のマイクロセル構造を形成する。
【0166】
二重膜のマイクロセル構造は、希望に応じて、ホローファイバー製内部隔離板を、燃料(水素や酸素など)を選択的に浸透させる膜として利用することができるため、有利である。これは、例えば内部隔離板の内壁やシェル外側を、望みのガスを優先的に電極に浸透させる選択透過素材でコーティングすることにより、達成できる。従って、この二重膜デザインは、電気触媒あるいは電解質が燃料中の有害となりうる不純物に接触するのを軽減あるいは除去する上で、利点がある。この選択透過膜に使用することができる素材は、セルロース・エーテル、ポリイミド、ポリスルホン、パラジウムなどである。
【0167】
二重膜の隔離板を含む別のマイクロセル構造では、内部隔離板の内壁をCO−HO変換を低温で行う改質触媒に浸すか、これによってコーティングすることもある。このようなデザインでは、内部隔離板のシェル側が陽極あるいは陰極の燃料を選択できる素材でコーティングされている。
【0168】
別の二重膜デザインでは、水素あるいは酸素を選択できる素材で陽極あるいは陰極をコーティングする。このような場合、外側のホローファイバー膜のシェル側で保護用の選択透過素材を導電性とし、外部電極の電流コレクタとシェル側の電気触媒で電気的に接触できるようにする必要がある。パラジウムなどの選択透過素材をこのような目的で使用することもできる。代わりに必要であれば、伝導性の選択透過素材を陰極あるいは陽極コンポーネントのいずれか1つに用いることもできる。
【0169】
二重膜加工を利用したさらに別のデザインでは、伝導性のホローファイバー製内部隔離板を利用する。このような伝導性のホローファイバー製隔離板は、焼結金属、カーボン、グラファイトにより生成できる。このような二重膜デザインの実施例の中には、内部ホローファイバーの伝導性によっては、内側電流コレクタが必要ないものもある。
【0170】
内側および外側のホローファイバー膜は、例えばポリプロピレン、ポリスルホン、ポリアクリルアミドなど、適切であれば、いかなる市販の膜とすることもできる。1つの実施例では、例えば、存在しうる他のガスやコンポーネント(燃料不純物など)を通過させないで、供給ガス(燃料、酸化剤)を選択的に透過できるようにするなど、膜に選択透過性を持たせるように処理する。特定の例の方法によって、溶液を沈着させる、電解質でコーティングするなどによって、保護用の水素透過バリア層を沈着させ、膜表面に、水素は通過できるが窒素あるいは酸素は閉鎖されるパラジウムフィルムを形成させることができる。例えば、Gryaznov et al., ”Selectivity in Catalysis by Hydrogen−Porous Membranes ”, Discussions of the Faraday Society No 72 (1982), pp. 73−78、Gryaznov, ”Hydrogen Permeable Palladium Membrane Catalysts ”, Platinum Metals Review, 1986 30 (2), pp. 68−72、およびArmor, ”Catalysis with Permselectrive Inorganic Membranes”, Applied Catalysis, 49 (1989), pp. 1−25を参照していただきたい。
【0171】
図40は、マイクロセルの陽極あるいは陰極に導電性の選択透過膜を用いた、二重膜デザインのマイクロセル900の断面図である。マイクロセル900は、外側の電気触媒層912、微小孔性の膜/電解質910、電気触媒908、内側の水素あるいは酸素選択性膜906、内孔904中の電流コレクタあるいは電極要素902で構成されている。
【0172】
図41は、マイクロセルの陽極あるいは陰極を保護する選択透過膜を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル914の断面図である。マイクロセル914は、外側の電気触媒層930、微小孔性の膜/電解質928、電気触媒926、電流コレクタあるいは電極要素922、多孔性の内部隔離板920、内側の水素あるいは酸素選択性膜918、内孔916で構成されている。
【0173】
図42は、マイクロセルの陽極および陰極要素を覆う選択透過膜を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル932の断面図である。マイクロセル932は、外側の水素あるいは酸素選択性の導電性膜948、電気触媒層946、微小孔性の膜/電解質944、電気触媒942、電流コレクタあるいは電極要素940、多孔性の内部隔離板938、内側の水素あるいは酸素選択性の膜936、内孔934で構成されている。
【0174】
図43は、マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および導電性の内部隔離板を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル950の断面図である。マイクロセル950は、外側の水素あるいは酸素選択性の導電性膜966、電気触媒層964、微小孔性の膜/電解質962、電気触媒960、伝導性、多孔性の電流コレクタあるいは電極要素958、内側の水素あるいは酸素選択性の膜956、内孔952で構成されている。
【0175】
図44は、マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および内部隔離板の内壁に改質触媒を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル970の断面図である。マイクロセル970は、外側の電気触媒層986、微小孔性の膜/電解質984、電気触媒982、電流コレクタあるいは電極要素980、内部の水素あるいは酸素選択性膜978、多孔性の内部隔離板976、CO−水変換/改質触媒97、内孔972で構成されている。
【0176】
マイクロセル構造とこれを含むアセンブリの製造
商業用の大量生産については、そのコンポーネントのほとんどを入れたマイクロセル装置を、1回の押出段階で高率に製造できることが望ましい。この大量加工プロセスの重要な側面は、内部電極を微小孔性の膜隔離板で囲むことである。
【0177】
このような目的では、押出成形(紡糸口金)の孔先の管の中心に、導電性の繊維鎖を通すことができる。「ドープ」と呼ばれる、微小孔性の膜隔離板の骨格を形成する素材が、孔先の管の周りで連続して押し出され、導電性の繊維鎖となる。窒素のような気体あるいは水のような液体など、内部の凝集液が、内部の電極繊維あるいは繊維状電流コレクタに沿って孔先の管を通過する。
【0178】
上述の操作では、マイクロセル繊維のサイズは押出成形の開口部のサイズによって決定される。このような開口部は、例えば100ミクロン以下という規模から、様々なサイズとすることができ、膜はこれに対応して厚さ数ミクロンという薄さにすることもできる。
【0179】
マイクロセルの加工方法でインクペーストを利用した場合は、電気触媒ペーストが同時に孔から押出される。押出された繊維を、急冷槽あるいは水などの外部凝集剤に浸す。押出された繊維が凝集/クエンチ操作を経ると、孔先にある水溶性化合物が凝集/失活剤に到達した時、内部電極の周りに微小構成の膜構造が即座に形成される。
【0180】
膜のドープ形成、使用した凝集剤のタイプ、紡糸操作の温度などのパラメータを選択し、それに対応して制御することによって、膜隔離板の孔の構造、多孔率、孔の大きさを正確に制御できる。特定の条件は、本技術の高度な方法のおかげで、必要以上の努力をしなくとも簡単な実験でかかるプロセスにより容易に決定できる。
【0181】
ポリスルホン、ポリアクリルアミド、他の高温ポリマー、ガラス、セラミック素材など、微小孔性の膜隔離板を形成するには、様々な素材が有用であり、制限がない。
【0182】
上述の紡糸工程によって、マイクロセルを連続的に高率で加工することができる。
【0183】
高分子電解質型燃料電池や外部電極の電気触媒の例では、微小孔性の膜隔離板−カプセル化された内部電極構造の形成後、このカプセル化構造をイオン交換ポリマーで外側(シェル側)をコーティングするか、含侵する。同様の押出プロセスにより、有利にこのような外部コーティングを行うことができる。
【0184】
図45は、ナフィオンあるいは電気触媒により膜繊維992を浸すための溶液含侵系988の概要工程図である。膜繊維992は繊維スプール990から出て、ローラー994の作用により、溶液槽996を通過し、ここで繊維が含侵される。含侵された繊維はその後、ガイドロール998を越え、加熱体999の列を通り、最終的にテークアップワインダ1000につながる。
【0185】
本発明の電気化学的セルのさらなる応用例は、化学物質の生成などである。本発明に沿って加工されたマイクロセルを利用して化学合成に有利に応用することができ、このマイクロセルは、化学反応に必要な単位容積当たりの高電流密度、電極膜の距離(厚さ)を最小限としたことによる低い内部抵抗、物質移動抵抗が低いことによる高効率をもたらす。
【0186】
さらに、今回の発明によって加工されたマイクロセルを利用し、他の形態の電力が利用できる場において、水素および酸素を発生させることもできる。このような応用分野では、セルで生成した水素(あるいは他の燃料ガス)を保存し、発電に利用することができる。
【0187】
例えば、マイクロセルの繊維構造で電流コレクタの周りに高分子の多孔質膜が形成された後、この構造を直接、ナフィオン溶液(固体5%の水溶液あるいはアルコール液)などの水溶性ポリマーの電解質溶液に通し、多孔性の高分子膜の孔にポリマー電解質を浸すことができる。工程中の、多孔性の高分子膜を電解質含浸剤の組成に浸す時間、繰り返し構造をこの組成に接触させる場合の接触回数(つまり、1回通過させるか、2回通過させるかなど)によって、含侵されたポリマー電解質の量を様々に選択することができる。
【0188】
電解質を浸したのと同じ工程ライン、あるいは代わりに続く加工操作段階において、1つの工程実施例では、マイクロセル繊維を乾燥し、H[PtCl]を含むメッキ溶液を使用して、電気触媒素材として白金に染み込ませる。この後、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)などの還元剤槽に繊維を通し、白金の組成を元素の金属白金に還元する。
【0189】
本発明の1つの実施例に沿ったこの連続技術を利用し、膜のシェル外側のみを白金に染み込ませる。白金メッキ溶液を繊維の孔から汲み上げることで繊維を容器に取り付けた後に、膜の内壁を染み込ませる。
【0190】
別の実施例では、繊維を取り付けた後に、繊維のシェル側および孔側両方を染み込ませる。
【0191】
イオン交換用のナフィオンの電解質溶液を膜の孔に含侵した後、本発明の別の側面に沿って、適当な粒子サイズの活性炭をのせた翼形の白金により電気触媒をコーティングする。白金をのせた活性炭粒子は、通常、重量で5〜10%の範囲である。原則的には、ペーストの組成を白金をのせた活性炭粒子、結合材としてナフィオンイオノマー、テフロン(登録商標)であるポリテトラフルオロエチレンのエマルジョンとして調整する。その後、繊維のシェル側にペーストをコーティングするか、代わりに押出する。
【0192】
様々な方法で、繊維壁の内側にペーストをコーティングすることができる。1つのアプローチでは、多孔性の膜隔離板要素を電流コレクタの周りに回転させている間に、ペーストを同時に押出成形する。2つ目のアプローチは、事前に電流コレクタの周りにペーストを押出してから、電流コレクタを膜繊維に挿入する。3つ目のアプローチとして、セルアセンブリの形成と取り付けが終わってから、薄いペーストを多孔性の膜隔離板の孔にポンピングすることもできる。
【0193】
別の実施例では、多孔性の膜隔離板要素の内側に電解質を入れ、白金イオンを含む溶液からの電着、電解メッキ溶液による工程、あるいは無電解メッキ溶液による工程によって触媒を塗布する。
【0194】
マイクロセルアセンブリの腐食管理
従来の燃料電池技術の応用分野では、通常、電流コレクタとして使用する素材は、グラファイトの種類に限られていた。アルミニウムあるいはチタンで形成される電流コレクタは、金などの耐食コーティング剤でコーティングすることができるが、燃料電池の作動時に特徴的な、過度の腐食条件や熱サイクル下では、このようなコーティング剤は電流コレクタ要素から剥がれたり層間剥離する傾向がある。
【0195】
マイクロセル要素を使用することで、グラファイト素材以外の電流コレクタの素材を構成要素として利用することができる。電気化学的セルモジュールのマイクロセル構造で利用される金属繊維は、様々な技術でコーティングすることで、耐久性のある耐食性を達成することができる。このような目的の有用なコーティング技術には、耐食性の金属組成やポリアナリンなどの高分子素材を用いた、電気化学的沈着、無電解コーティング、浸せき塗装、押出などがあり、制限がない。
【0196】
電流コレクタに使用されるコーティング用の金属物質の好適なアプローチとして、プラズマコーティング技術により沈着したアモルファス金属組成を使用することなどがある。一般に、コーティング剤の構成がアモルファス状である方が、耐食性は優れる。さらに、様々なアモルファス状の金属組成は、表面積を非常に大きくする。このように表面積の大きい金属組成の例として、ニッケル水素の電気触媒素材がある。このような表面積の大きい金属組成を使用することは、本質的には、繊維状のマイクロセルの表面積を大きくすることにつながり、このようなアモルファス状の金属コーティングが燃料電池の水素貯蔵に効果的に利用できることから、構造的、操作的に大幅な利点となる可能性がある。
【0197】
金属繊維物質の耐食性を向上させる別のアプローチとして、金属繊維を重合前駆物質あるいはその他の有機コーティング剤でコーティングし、そのコーティングを炭化することもできる。金属繊維上にグラファイト素材を形成する高分子の炭化により、耐食性であるが、炭素あるいはグラファイトのみの場合よりも高い伝導性を持ったコーティングが生じる。
【0198】
コーティングの処理でピンホールが存在した場合、腐食したり、マイクロセルの一部分から他の部分への接続が途切れる可能性があり、これはセルの有用な電力密度を低下させる。別のアプローチでは、炭素繊維がマイクロセルの電流コレクタと密接に接触するように、マイクロセルの孔あるいはシェル側に炭素繊維を一緒に配置するという製造方法により、このような電気的な切断による欠陥を避ける。このような配置では、電気化学的セルの作動中に電流コレクタが腐食してしまった場合でも、炭素あるいはグラファイトの繊維がそこを通る電流の流れを維持し、その結果、かなりの腐食が生じて電流コレクタ要素が切断あるいは変質しても、電気が途切れることはない。
【0199】
燃料電池が腐食した条件で金属製の電流コレクタ繊維の耐用年数を向上するため、金属繊維をポリマー素材などの化合物でコーティングすることは有利であり、この後、コーティングされた繊維のポリマー素材が熱分解を受けやすくなる。それ自体が炭素繊維を形成する、従来利用されてきた技術を利用し、繊維をコーティングした素材を熱分解し、炭素に変化させる。
【0200】
(サイズに関係なく)金属製の電流コレクタ繊維の連続層を形成すると、放射状および縦方向に電気を通す繊維が形成され、同時に表層がその下の金属を腐食から保護するため、耐食性となる。
【0201】
図46は、外表面に高分子化合物のコーティング1006を施した金属繊維1004を含む、導体要素1002の立面図である。例えば溶射、浸せき塗装、ローラー塗装など、適切な方法で繊維をコーティングする。
【0202】
図47は、図46の熱分解した後の対応する繊維1002を示したものである。その外表面は熱分解された炭素のコーティング1008で構成されている。
【0203】
電流コレクタおよび電極の準備については、本発明の1つの実施例では、マイクロセルの伝導性金属繊維を銅、アルミニウム、あるいはチタンの繊維で構成し、直径が約100ミクロンから約10,000ミクロンの範囲とし、金や白金など、適切な厚さの耐食性金属でコーティングする。
【0204】
代わりに、直径が約100ミクロンから約10,000ミクロンの範囲で、優れた伝導性を持つ炭素/グラファイト繊維を利用し、白金などの金属触媒により硬化することもできる。このような白金の硬化は、H[PtCl]を含むメッキ溶液に繊維を接触させ、その後水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)に接触させて白金化合物を元素の金属白金に還元することで、有利に行うことができる。
【0205】
電流コレクタに関しては、ピンホールやコーティングの欠陥があると、金属電流コレクタの腐食が加速される。このような腐食の結果、(導体の連続性が損なわれる結果)繊維状のセルが切断されたり、動作不能となる可能性があるマイクロセルの電圧および電流が一部切断されるのを避けるため、繊維状の炭素電流コレクタをコーティングされた金属繊維の横に置くことは有利である。図48では、コーティングされた金属繊維1012の横に繊維状の炭素電流コレクタ1014を置いたものを示している。図48に示す通り、炭素繊維1014はコーティングされた繊維1012と密接に接触することになる。
【0206】
図49では、図48のコーティングされた金属繊維1012を切断した繊維アセンブリを示している。腐食によりコーティングされた金属繊維の連続性が一点で切断された場合には、腐食した金属繊維1012の2つの部分と接触した炭素繊維1014が連続性を保ち、炭素繊維/金属繊維の配置の奥行きに沿って、一方から他方へ電流を通過させることができる。
【0207】
マイクロセルアセンブリの水分管理
水が反応の副生成物となるマイクロセルの電気化学的反応では、膜が乾燥するのを防ぐために、燃料を加湿することができ、マイクロセルアセンブリには水を加えたりそこから過剰の水を取り除く水管理システムが含まれていることが望ましい。
【0208】
一般に、マイクロセル構造の表面積が大きく、物質移動抵抗が低いと、マイクロセルモジュールから水を取り除くことは、従来の平面状の燃料電池構造よりも問題にならない。
【0209】
様々な代替法を利用して、マイクロセル燃料電池モジュールの水管理能力をさらに高めることもできる。例えば、燃料電池のアセンブリに伝熱管を利用し、アセンブリがナフィオンでコーティングされたホローファイバー膜、あるいは他の水を選択的に透過させることができるイオン交換ポリマーなどの素材で構成される場合、および熱交換液が水の場合は、燃料電池に水を供給したり燃料電池から熱を取り除くために、伝熱管を用いることができる。
【0210】
燃料電池から熱を取り除く1つのアプローチは、マイクロセル束に分配させるように、多孔性の平面ホローファイバー膜を持たせることである。この構造配置では、燃料電池の稼働中に、水が灯心現象により膜の壁を透過し、ホローファイバーの孔を下に通過して活性表面から取り除かれる。その後、結果として通過した水を、モジュールを含む容器にあるプレナムに集め、システムから排出することができる。
【0211】
燃料電池から水を取り除くことについて、今回の発明では、様々なアプローチを検討している。繊維状セルあるいはマイクロセルでできた燃料電池では、生成した水を取り除くため、親水性化合物で処理したホローファイバー膜を、電極あるいは電流コレクタを含む繊維状セルの間に断続的に詰めることができる。これらのホローファイバー膜はセルのシェル側と密接に接触し、孔側が開いているため、燃料電池で生成した水は、灯心現象により吸収され、ホローファイバー膜の孔を下に通過して、電極を含むセルから取り除かれる。その結果、セルが水で溢れるのを解消することができる。
【0212】
モジュールを垂直に取り付けた場合、水を重力によってセルの下部に集め、そこから排出させることもできる。
【0213】
図50では、ホローファイバーとマイクロセル管の束1020の横断面を示している。この中で、平面のホローファイバー要素1026には、マイクロセルの繊維要素1022およびシェル側の電極1024が散在している。このようなホローファイバー要素を利用して、アセンブリから水を通過させる。図51は、マイクロセル燃料電池モジュール1030の横断立面図であり、示されている通り、垂直に配置したマイクロセルアセンブリ1036を含む容器1032などがある。容器1032にはフランジ1034があり、これによって容器の上端を取り除いて、マイクロセルアセンブリおよび他のモジュールの内部コンポーネントにアクセスすることができる。
【0214】
マイクロセルアセンブリ1036は、上端が結合材1040で取り付けられ、Oリングのシーリング剤1042で容器の内壁と漏れないようにしっかりと密閉されている。同様に、マイクロセルアセンブリ1036は、下端が結合材1044で取り付けられ、Oリングのシーリング剤1046で容器の内壁と漏れないようにしっかりと密閉されている。
【0215】
マイクロセルアセンブリ1036には中央送管1080がはめ込まれ、これはマイクロセルアセンブリの内容積で孔が開いている。さらに、燃料注入口1060が、上部の末端容積1048からアセンブリのマイクロセル要素の孔側に燃料を供給している。ホローファイバー要素の下端で排出された燃料は、下部の末端容積1050に入り、排出口1072あるいは1070で容器から排出される。
【0216】
排出口1078は容器の内部容積1038にあり、内部容積(シェル側)で使用された燃料を排出する。
【0217】
容器1032の下端はプレナムチャンバー1076で構成され、これが重力によって容器の下部に流れた水(凝縮液)を受け取り、溢れた水を排出口1072あるいは1070から排出させる。
【0218】
示されている通り、マイクロセルアセンブリのそれぞれの末端で、電流コレクタ要素がそれぞれの端子1082および1084と結合している。
【0219】
従って、マイクロセルアセンブリに利用されたホローファイバーの管状要素が、このようなホローファイバーの孔で通路に過剰の水を浸透させ、これをプレナムチャンバーに排出させることで、電気化学的燃料電池モジュールから、容易に過剰の水を取り除くことができる。
【0220】
その他、適切な方法を利用して、マイクロセルアセンブリから水を運ぶことができ、これには、マイクロセル束から収集管あるいは収集場所に水を流す、表面張力あるいは毛管効果を利用した要素や構造を含む。例として、1981年3月3日にLeslie C. KunおよびElias G. Ragiに対して発行された米国特許4,253,519で説明している、フィルム圧縮装置の強化構造では、同様の構成のマイクロセル繊維あるいは束、下部構造の束にオーバーレイ構造を有効利用し、液体を流して回収し、これを燃料電池モジュールから排出している。
【0221】
前述の各アプローチでは、電解質/触媒−被含浸コーティング繊維を任意にテフロン(登録商標)であるポリテトラフルオロエチレンのエマルジョンでコーティングし、膜/電極アセンブリに疎水性を与えることもできる。このような臨機応変の措置によって、セルに導入あるいは形成された水は、触媒表面からはじかれ、燃料あるいは酸化剤(水素や酸素など)に対する触媒部位の有効性を向上させる。
【0222】
ここに、特定の実施例、特徴、側面を参照して本発明について説明してきたが、本発明はこれに限らず、他の改良、変化、応用、実施例の実用に拡張され、それに沿った全ての他の改良、変化、応用、実施例が、本発明の精神と範囲に含まれるものとみなされることが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図2】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図3】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図4】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図5】電流コレクタあるいはマイクロセル繊維アセンブリの電極要素をつなぐコネクタの透視図である。
【図6】アセンブリの一方を末端とした、本発明の1つの実施例としてのマイクロセルアセンブリである。
【図7】マイクロセルアセンブリの透視図を分解組立図で示し、連続してつなげられたマイクロセルシートを示した。
【図8】連続してつなげられたマイクロセルシートの層状配列の概略図である。
【図9】マイクロセル層を連続してつなげた配列の三次元透視図である。
【図10】マイクロセルシートを取り付けた配置を示す。
【図11】電気化学的セルを二重に積み重ねた束状の組立で、上面とオプションとして下面に孔を開けた管の透視図である。
【図12】容器に取り付けたマイクロセル繊維束の横断立面図である。
【図13】図12の容器の側面図である。
【図14】マイクロセルシートを二段積み重ねた場合の横断立面図である。
【図15】孔を開けた管の各面で積み重ねるようにシートを配置した、二段重ねのマイクロセル装置の側面図である。
【図16】孔を開けた送管の片面に取り付けた繊維の透視図である。
【図17】孔を開けた送管の両面に繊維を置いた容器を示す。
【図18】マイクロセルのアセンブリを構成する、電気化学的セル装置の側面図である。
【図19】マイクロセル構造を形成する回転軸として使用される、孔を開けた送管を示す。
【図20】図19の孔を開けた管の周りに回転あるいは巻き付けることができる、繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシートを示す。
【図21】図20のシートを回転させているところを示したものである。
【図22】図20のシートが回転し終えた形である。
【図23】繊維状マイクロセル部分とシェル側の電流コレクタのシート、および絶縁シート(ファイバーグラスや多孔質のプラスチック素材など)を示す。
【図24】繊維状マイクロセル部分とシェル側の電流コレクタのシートを2枚ずつ含めた、シートアセンブリの透視図である。
【図25】埋め合わされた繊維層状のシートを用いたマイクロセルアセンブリの側面図である。
【図26】マイクロセルを束にしたものの断面図である。
【図27】本発明の1つの実施例として、マイクロセルの下部構造の束を連続的につなげた場合の側面図である。
【図28】マイクロセルの下部構造の束をコンポーネントとして、連続につなぐために用いられるコネクタの透視図である。
【図29】複数の束を持つアセンブリで、その中に、各束に対応する送管を入れた場合の横断立面図である。
【図30】複数の束を持つアセンブリの中で、それぞれの束が連続して接続された場合の横断立面図である。
【図31】下部構造の束を複数入れた燃料電池モジュールで、空のまま密閉した要素がモジュールを囲った部分の表面シートを封鎖している場合の断面図である。
【図32】マイクロセルでできた下部構造の束が複数あり、分岐させて配置した送管を持つ燃料電池モジュールの側面図である。
【図33】今回の発明の1つの実施例として、下部構造のマイクロセル束を含むモジュール容器の内部容積に、送管を通過させたものを示した断面からの側面図である。
【図34】伝熱繊維や伝熱管をマイクロセル束に散らばせたマイクロセルアセンブリの断面図である。
【図35】下部構造の束の間に散らばった空気路/燃料路および伝熱路を示した、燃料電池モジュールの横断立面図である。
【図36】ホローファイバーが外部電極要素として機能し、熱交換が可能なマイクロセル束の断面図である。
【図37】熱交換/電流コレクタ用のホローファイバーを持つ燃料電池の横断面からみた側面図である。
【図38】熱伝導により電流コレクタから熱交換を行う燃料電池モジュールの横断立面図である。
【図39】本発明の1つの実施例としての、燃料電池系の回路図である。
【図40】マイクロセルの陽極あるいは陰極に導電性の選択透過膜を用いた、二重膜デザインの断面図である。
【図41】マイクロセルの陽極あるいは陰極を保護する選択透過膜を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図42】マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図43】マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および多孔性、導電性の内部隔離板を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図44】マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および内部隔離板の内壁に改質触媒を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図45】ナフィオンあるいは電気触媒に膜繊維を浸すための溶液含侵系の概要工程図である。
【図46】外表面に高分子化合物を持たせた金属繊維の正面図である。
【図47】図46の熱分解後で、その外表面が熱分解された炭素でコーティングされた繊維を示す。
【図48】コーティングされた金属繊維の横に繊維状の炭素電流コレクタを置いたものを示す。
【図49】図48のコーティングされた金属繊維を切断した繊維アセンブリを示す。
【図50】ホローファイバーとマイクロセル管束の断面を示す。ここでは、平らなホローファイバー要素がアセンブリから水を運ぶために用いられている。
【図51】モジュールから排出された水が下のプレナムスペースに流れて取り除かれるように配置し、マイクロセル束を垂直、上方に拡張したものを示す。
[0001]
Field of the invention
The present invention relates to electrochemical devices and assemblies with microcells, methods of making such devices using various techniques, and methods of using such devices and assemblies.
[0002]
Technical description
In the technical field of energy supply and energy conversion equipment, especially in the development of fuel cells and batteries, develop equipment with sufficient power (high current and / or high voltage), high current density and high energy output per unit volume Attempts have been made to do so.
[0003]
Electrochemical cells, such as batteries and fuel cells, are relatively simple in structure, use an anode and a cathode that are separated to avoid internal short circuits, and arrange the electrodes so that they come into contact with the electrolyte solution. I have. When the electrode circuit is conjugated to an external load by a chemical reaction of the electrodes, the chemical energy of the reaction is converted to electrical energy and the flow of electrons produces power.
[0004]
In battery cells, a separator can be used between each electrode, in which multiple sheet-like elements are arranged in a continuously facing assembly or such sheets are wound together in a (helically) rotated configuration You can also.
[0005]
Fuel cells are currently of great interest as power sources for electric vehicles and in distributed power applications.
[0006]
In a fuel cell, fuel is introduced and brought into contact with the electrode (anode), and the oxidant contacts the other electrode (cathode), establishing the flow of cations and anions and coupling external loads to the cell. Then, a flow of electrons occurs. The output of the current is controlled by a number of factors, such as the catalyst immersed in the electrodes (eg, platinum in the case of a liquid hydrogen fuel cell), the kinetics of the specific fuel / oxidant electrochemical reaction.
[0007]
Currently, single cell voltages range from about 0.6 to 0.8 volts for many fuel cells. As current density increases, voltage and cell efficiency decrease correspondingly, so operating voltage varies with current. As the current density increases, much of the potential energy is converted to heat, which reduces the electrical energy of the cell.
[0008]
It is also possible to incorporate a reformer into a fuel cell and create an arrangement in which the reformer generates fuel such as hydrogen from a feedstock such as natural gas or methanol. Thereafter, the fuel products from the reformer are used in the fuel cell to produce electrical energy.
[0009]
In this technique, many types of fuel cells are described. To name this,
・ Polymer electrolyte fuel cell using fluorinated sulfonic acid polymer or similar polymer as electrolyte
An alkaline fuel cell that uses an electrolyte such as potassium hydroxide and is a substrate between electrodes containing a catalyst such as nickel, silver, metal oxide, spinel, or noble metal, and that maintains the KOH electrolyte.
・ A phosphoric acid fuel cell using concentrated phosphoric acid as the electrolyte that operates at high temperatures
A molten salt fuel cell using an alkaline carbonate or sodium / potassium electrolyte, operating at a temperature of about 600-700 ° C. in a lithium aluminate ceramic substrate, wherein the alkaline electrolyte forms a highly conductive molten salt;
Using a metal oxide such as yttria-stabilized zirconia as the electrolyte and operating at a high temperature, oxygen ion conduction is promoted between the cobalt-zirconia or nickel-zirconia anode and the strontium-doped lanthanum manganate cathode , Solid oxide fuel cell
and so on.
[0010]
Fuel cells are relatively efficient and have very low levels of exhaust gas / emission solids. Because of these features, fuel cells are currently of great interest as energy conversion devices. The efficiency of conventional fuel cell plants is typically in the range of 40-55%, depending on the lower heating value (LHV) of the fuel being used.
[0011]
In addition to low emissions to the environment, the fuel cell operates at a constant temperature, and the heat generated from the electrochemical reaction can be applied to waste heat power generation, improving overall efficiency. Because the efficiency of fuel cells is completely independent of size, fuel cell designs are scalable to a wide range of electrical power from watts to megawatts.
[0012]
A recent innovation in the field of electrochemical energy is the development of small electrochemical cells, or microcells, used in the application of electrochemical devices such as batteries and fuel cells. All microcell technologies are based on RayR. This is described in U.S. Patent Nos. 5,916,514, 5,928,808, 5,989,300, 6,004,691 to Eshraghi. The microcell structures described in these patents consist of hollow fiber structures connecting electrochemical cell components.
[0013]
The above-mentioned Eshraghi patent describes an electrochemical cell structure in which a single cell is composed of an electrode or its active material, a separator of a porous membrane, an electrolyte, a second electrolyte or a fiber containing the active material. are doing. The design of the cell is also described in the Eshraghi patent, in which adjacent monofilaments are utilized, one being an electrode or its active material, a monofilament containing the separator and electrolyte, and the second being a second electrolyte. It is a single fiber composed of Thus, adjacent fibers become the anode and cathode of the cell. In the present invention, Eshraghi's microcell technology has made further strides.
[0014]
Detailed description of the invention and its preferred embodiment
The disclosures of Eshraghi U.S. Patent Nos. 5,916,514, 5,928,808, 5,989,300, 6,004,691 are all hereby incorporated by reference. As used herein, the term microcell refers to a cell structure that electrochemically generates or converts energy, and includes a porous membrane separator having an electrolyte disposed within its porosity. The separator of the porous membrane is in contact with the conductive fibers, which are in contact with or coated with the electrocatalyst forming the anode and cathode of the electrochemical cell.
[0015]
In the description that follows, reference is made primarily to the readily available embodiments of the fuel cell of the present invention, but the description is directed to corresponding battery cells, and other forms of electrochemical cell devices consistent with the present invention. I am grateful that the same can be applied to.
[0016]
Naturally, battery cells differ from fuel cells in that when electrochemical activity is required, the active material (of the electrodes) is present in the battery and stored in the cell, rather than being provided outside the structure.
[0017]
Therefore, when microcells are used for battery cells, no lumen is required at the center of the fiber, which results in a correspondingly simplified fiber bundle of the modular assembly in battery cell applications. Thus, microcells in battery cell applications are structurally and operatively different from microcells used in fuel cells.
[0018]
In a special form, the microcell consists of the active material of the internal electrode, the microporous membrane separator in contact with the active element of the internal electrode, the electrolyte in the pores of the microporous membrane separator, and the external electrode active element The active part of the internal and external electrodes is composed of one or more electrodes, current collectors and electrocatalytic components.
[0019]
In another particular configuration, the microcell may include a fibrous internal electrode. This internal electrode is surrounded by a microporous membrane separator, in which an electrolyte is placed in the porosity, and an electrocatalyst is applied along with the conductive material on the pore side (forming the internal electrode) or the shell side (external Electrode forming) or coated with an electrocatalyst.
[0020]
In fuel cell applications, the hollow fibers of the microcells define the passage lumen through which gas or liquid supply components (such as fuel or oxidizer) pass. Many types of electrolytes can be used in microcell fuel cells, depending on the particular relevant application.
[0021]
In a preferred form, all components of the microcell are processed into a monofilament assembly. Microcells can be of any defined length, and typically have a diameter to length ratio much greater than one. In addition, it can be easily formed into a plurality of microcell assemblies, including a bundle-like configuration, which will be described in detail below. Such microcell assemblies, or collections of such assemblies, can be assembled to form a fuel cell module whose overall arrangement is similar to a shell and tube heat exchanger.
[0022]
When multiple microcell elements are fabricated to incorporate a bundle of multiple cell modules into a single overall configuration, the resulting single miniature configuration produces a high density of energy output and can be a fuel cell or In addition, the volume (and "footprint") of the electrochemical cell device processed from such a bundle can be minimized.
[0023]
In one embodiment, the microcell device of the present invention is fabricated using internal electrodes (or multiple current collector fibers) surrounded by a microporous membrane separator. In such an embodiment, the electrocatalyst of the inner electrode is coated or impregnated on the inner wall of the membrane separator (or coated on the inner current collector fibers).
[0024]
In one embodiment, the membrane separator wall is impregnated with an electrocatalyst of a catalyst solution. In another alternative embodiment, during the membrane spinning process, a thin catalyst paint is pumped through holes in the membrane separator.
[0025]
One technique for forming an assembly with a porous separator-electrode is to coat the current connector fibers with an electrocatalytic paint. In one embodiment, such coating is performed by extrusion. In another embodiment, the current connector fibers are coated with a plating solution. In yet another embodiment, the current connector fibers are coated by plasma deposition of a metal catalyst.
[0026]
When stacking fuel cells or forming modules, microcell fibers are bundled and attached to separate and seal the pore side and the shell side of the cells. In a large fuel cell structure, the microcell can also be wound around a perforated central axis, thereby providing a structure in which the rotating shaft can enclose gas on the shell side of the cell.
[0027]
For the elements of the microporous membrane separator used in the fuel cell embodiment and other electrochemical cell embodiments of the present invention, it is not possible to use an appropriate method of impregnating or mixing the electrolyte. , Always useful. An illustratively preferred technique for impregnating the electrolyte is solution impregnation.
[0028]
The porous membrane separator element itself can be of various types and structures and can be shaped for use in certain types of fuel cells and other electrochemical cell applications. For example, in a polymer electrolyte fuel cell, a porous structure with asymmetric pathways is preferred, resulting in a continuous layer of ion exchange polymer adjacent to the electrocatalyst layer. In an acid or alkaline fuel cell, it is desirable to use a foamed porous membrane element. Thanks to the advanced methods of the present technology, the choice of membrane separator configuration and morphology can be readily determined without undue experimentation.
[0029]
Fuel cells produced from microcells in accordance with embodiments of the present invention are monopolar and do not require bipolar flow plates. Because the cells and current collectors are fibrous, the surface area of a large electrode can be reduced to a very small volume. The parallel connection of the individual bundled cells adds current, allows very high current density per unit volume, and allows the microcell assembly to operate at high voltage and high efficiency.
[0030]
In one embodiment, the internal electrodes of each microcell are connected, forming a first terminal in the microcell assembly, and the current flowing outside the shell of the fiber element, or the shell of such a bundle of microcells. The collector is the second end. When such an assembly is constructed and arranged for use in a fuel cell, the fuel and oxidant pass through the respective shell-side and hole-side electrodes of the respective bundle. In the individual microcell elements of this fuel cell, the microporous membrane is soaked with a suitable electrolyte to form a barrier or isolation element. Depending on the type of electrolyte, the microporous substrate and the electrolyte can be combined to form a new structure in the form of a solid substrate or a liquid-solid substrate.
[0031]
In an application example of a fuel cell using a microcell device including a single-fiber-shaped internal electrode element, the size of the internal electrode element is selected, and an appropriate sized lumen is formed on the hole side of the membrane separator including the electrode. I do. A plurality of fibers can be attached to the holes of the hollow fiber membrane separator to create an interstitial space forming a lumen within the hollow fibers. The formation of the lumen is important because when the fuel cell is operated, the lumen allows the fuel or oxidant (liquid or gas) to reach the internal electrodes.
[0032]
In a preferred form, the electrocatalyst and conductive material of the second electrode are coated or extruded or impregnated on the outside of the microporous membrane separator shell, the electrolyte is placed in the micropores of the membrane separator, and the microcell Form the structure.
[0033]
The microporous membrane separator can be formed from any suitable material structure. In one embodiment, a microporous membrane separator is fabricated from a material selected from the group of semipermeable ion exchange membranes and a porous membrane coated on the shell or pore side of a permselective or ion exchange polymer. I do.
[0034]
In this microcell structure, the internal electrode or current collector is firmly fixed in the hole in the separator, adjacent to the inner wall of the fiber, and the electrolyte or electrolyte / electrocatalyst layer is in contact at the interface. When the fibrous microcell structures are bundled closely together, the outer electrode or current collector can be in intimate contact with the electrolyte on the shell side or the electrolyte / electrocatalyst layer of the adjacent cell.
[0035]
Therefore, in fuel cell applications, the lumen of the microcell structure must be "open" enough to allow the gas supply (fuel or oxidant) to pass through the lumen during normal operation. For such a purpose, it is desirable that the fuel cell device includes a pump, a fan, a blower, a compressor, a discharge device, and the like. Since the flow rate required to operate the fuel cell requires only a relatively low pressure drop, the pumping required (to pass the gas supply through the hollow fiber lumen of the microcell) is of the type described above. It can be easily handled by a commercially available liquid driver device.
[0036]
Continuous connection of microcell structures and assemblies
To achieve high current density at the voltage level of a single microcell, multiple microcells are connected in parallel. Parallel connection of microcells for this purpose can be easily achieved by bundling the microcells in parallel with each other and connecting the ends of the current collector to each end of the obtained microcell assembly.
[0037]
However, achieving high voltages beyond the voltage generated from a single microcell requires continuous interconnection of the microcells. As will be described in further detail below, depending on the required microcell assembly geometry, a variety of methods can be used to achieve a continuous connection. For example, a rectangular or cylindrical configuration may be desirable.
[0038]
In accordance with the invention, a bundle of substructures of fibrous microcells in parallel is first assembled to obtain the desired current. The bundle of substructures is then connected in series to achieve the desired voltage.
[0039]
One preferred approach to forming a substructure bundle of microcell assemblies is to form a sheet-like arrangement of microcell elements, usually arranged in parallel. Here, the microcells are adjacent to each other and the current collectors extend from the ends of the normally adjacent and co-aligned flat sheet (ie, the ends of the current collectors are usually coplanar with each other). The current collector protruding from the microcell is usually coextensive with the depth of the assembly surface of the microcell sheet from which the current collector protrudes) . Next, the first layer of the microcell element is covered with a second layer constituting the outer current collector element, and the outer current collector extends from the side of the stacked sheets opposite to the side from which the inner current collector protrudes. To be arranged. Furthermore, the outer current collector extends outward, usually to the same length, so that they are mutually aligned at the ends of the outer current collector, and are usually mounted on a single vertical plane, relative to the flat horizontal surface of the sheet assembly .
[0040]
For the purpose of forming the above-mentioned sheet assembly, the fibrous microcell parts constituting the first layer can be fixed to each other, and such elements can be formed into a single net structure or sheet structure. In a similar manner, the outer current collector overlaps the fibrous microcell element, such as by an inner connecting mesh or braided structure, side-by-side adhesive tape, or other method of making a parallel-assembled current collector element. Can be mutually stabilized by a sheet structure or a network structure.
[0041]
Fortunately, any suitable method can be used to form a sheet-like layer for each of the microcell assemblies described herein. Such layers can be preformed, for example, by weaving the microcells or current collector fibers into a sheet, embedding them in a resinous substrate, or other suitable methods.
[0042]
Once the layers of the microcell element and the layers of the outer current collector component are brought into contact with each other in superposition, the composite structure is rotated into a cylindrical shape, joining the opposite ends of each other, forming the diversity of the microcell, A subassembly bundle can be formed.
[0043]
Such an assembly can be combined in any suitable manner, for example, when processing a hollow fiber filtration module, using methods conventionally used to attach hollow fiber membranes. As a result, the combined substructure bundle has an anode and a cathode at each end. One terminal is formed by an inner current collector element protruding from the microcell element of the first described layer, and the other terminal is formed by a current collector protruding from the opposite end of the substructure bundle. .
[0044]
Then, the positive electrode of the first substructure bundle is connected to the negative electrode of the next bundle, and this is repeated to continuously connect the bundles. The long strands of the connected bundle are then alternately rolled at each end and at the junction between the subsequent microcells, and re-bundled into a cylindrical shape. The substructure bundle assemblies that have been rolled up so as to be placed in an alternating side-by-side relationship are then joined at each end thereof to form a composite bundle having multiple substructure bundles.
[0045]
The continuous bundle includes fibrous microcells in both parallel and continuous connections that make up a single structure, which is then combined with a shell and tube heat exchange assembly, described in detail below. Place in a frame like
[0046]
As is apparent from the above discussion, in order to avoid a short circuit between the bundles of the substructure, it is necessary to cover each bundle with a porous but electrically insulating material. Therefore, each bundle can be covered in a fiberglass or porous packaging film, in which the bundle is inserted or wrapped in a packaging material.
[0047]
By alternately forming substructure bundles and packing each end alternately into a bundle, the positive end of the bundle can be closer to the negative electrode of another bundle. This alternative technique requires a continuous connection by first attaching the substructure bundle and then connecting the positive pole of the first bundle to the negative pole of the next adjacent bundle. Substructure bundles can also be connected simply by forming electrical connections for each microcell. Instead, at the connection points of the bundle (all microcell fibers are connected in parallel in a substructure bundle), a terminal plate with a mirror image of the surface and a continuous connection of terminals designed and constructed on that plate Can be used, and the plates are electrically connected at each connection point of the bundle, automatically forming a continuous connection.
[0048]
Yet another alternative for attaching substructure bundles is to fabricate a sealed tube sheet membrane at the end of each bundle. Thereafter, each bundle can be inserted into a frame to open each end with the same parameter (perimeter) size as the underlying structure bundle. By performing such processing, each bundle can be sealed at each end of the container by, for example, an O-ring or another sealing method, and there is no need to attach the bundle again. With such a configuration, each bundle of substructure can be removed from or placed in a container so that it can be easily and easily affected, thereby increasing the power generation capacity of the microcell device as a whole. , Can be lowered.
Alternatively, by alternately stacking the microcell layers and outer current collectors and repeating the arrangement, the bundle of substructures can also be machined into a rectangle, with the desired height and rectangular cross-sectional area. The layers comprising the microcell fiber element and the outer current collector can be sheet-like, as described above.
[0049]
When connecting the fibrous microcell elements and the layers as the substructure of the outer current collector in series, the current collector elements usually have the same length characteristics as the fibrous microcell elements and the respective fibrous microcell elements The microcell element and the current collector layer vertically offset each other. In such an arrangement, the outer current collector element is moved beyond the other end of the fibrous microcell layer and the outer current collector element is correspondingly shortened at the opposite end, so that the first layer (lower layer) Are longer than the end of the outer current collector layer.
[0050]
Thus, at each end of the layered assembly, there is a "shortened" line in the upper or lower layer, and it is this short end portion that forms a bonded structure at each end of the entire assembly.
[0051]
A porous insulating sheet material is placed on this substructure layer assembly, and a second substructure layer assembly is made on the porous insulator sheet. In the second substructure layer assembly, the lower layer is placed directly on a porous insulator sheet, superimposed on the outer current collector layer and offset each other, and the new substructure layer cathode is replaced by the first in the overall assembly. As the negative electrode of the lower structure layer, it is arranged so as to come on the same surface. This processing pattern is continued until the desired lower structure layer is at the desired height and the desired voltage can be achieved. For example, the ends of the anode and cathode current collectors at each end are connected to each other, together with a conductive rod or cord as described below.
[0052]
Alternatively, the laminar assembly can be processed by electrically connecting the fibrous sheet with the anode and cathode ends of the adjacent layers first before stacking the respective substructure layers. Thereafter, the last stacked lower structure layer is joined at both ends of the assembly, and the holes of the lower structure layer assembly are separated from the shell side and sealed. The combined bundle of fibers is then placed in a perforated tube which acts as a fuel inlet to the hollow fiber shell side of the assembly. For example, fibrous microcell elements and outer current collectors are alternated so that the fibers are layered by placing a straight or beaded epoxy or other binding compound at each end so that the layers overlap. Can be attached to Choosing a bonding material of appropriate viscosity so that the fibrous microcell elements are completely wetted and the resulting tubesheet is firmly fixed to the leak contents.
[0053]
Once bonded, the bundle or stack of microcell layers enters the container, and when fuel is injected at either end (shell or perforated), the shells and perforations of the microcell elements are sealed and separated. You. The resulting unit takes the form of a rectangular shell and a tubular heat exchanger, such a unit comprising one or more inlets for delivering fuel to the perforated side of the container and the fuel used from the perforated side of the container. It can be advantageously processed by having one or more outlets to remove ash.
[0054]
When the microcell elements are placed in stacked layers, such a stack is located on a tube that has holes at each end between the binders. Make the unperforated part of the tube longer than the other end of the container, for example, as described, provide a fuel inlet or outlet on the hole side of the microcell element, or make the tube longer than the container in a sealed state This creates a fuel inlet on the shell side of the microcell element. Stacks of layered microcells can be placed on either side of the perforated flues, creating symmetrical double stacks, as described in more detail below.
[0055]
In one aspect of the invention, a bundle of small substructures of a microcell assembly can be electrically connected in the same cell container, or a smaller fuel cell module can be electrically connected. , The overall battery voltage can be increased. As another embodiment of the present invention, one approach to achieving high voltage levels is to multiply the stack of fuel cells (each comprising a number of microcell devices) and supply gas in parallel, The stack itself is an assembly of continuously connected microcell bundles.
[0056]
In one embodiment, the conductive fibers are bundled with the microcell device such that the conductive fibers function as a current collector on the fiber shell side. The shell-side current collector, or alternatively the outer electrode coated with a suitable electrocatalyst, is connected to a common plate to build the first terminal of the bundle assembly. Similarly, an internal electrode that is longer than the microcell fiber holes is connected to the plate to form a second terminal in the assembly.
[0057]
In such a fuel cell assembly, the fuel or oxidant passes through the electrodes on the pore side or shell side of the fiber, respectively, and the membrane separator containing the electrolyte prevents the fuel or oxidant from migrating to the other electrode.
[0058]
In the present invention, the fiber structures of the microcells are usefully attached and the substructure bundles are connected in series or in parallel to form a substructure bundle that forms a larger, final bundle structure. As discussed above, some bundles of structures and substructures can be connected in parallel with other substructure bundles by connecting them in parallel with the parallel connection assembly of microcell elements. The reverse arrangement, in which the elements form a bundle of substructures, which are connected in parallel with one another, is also useful in some applications).
[0059]
In one preferred embodiment, the microcell fibrous structure is processed as a substructure bundle, and the bundle is collected together with the other bundles and rejoined to form a fuel cell module. Advantageous bonding substrates used to secure the structure of such microcell fibrous structures or bundles of substructures include any suitable bonding materials, such as epoxy, urethane, silicon, EPDM rubber, etc. It may be a substrate or a material substrate of a capsule.
[0060]
The substructure bundle can be made from a tube sheet sealed at each end with O-rings, similar to the process used in the assembly of the final module, and the substructure bundle is made of perforated metal or polymer. To the sheet. As a result, the fuel cell container has two surfaces, and one surface has at each end thereof a hole cut out to the outer diameter of the tube sheet of the bundle of the lower structure.
[0061]
This arrangement allows the power to be increased or decreased by adding or removing substructure bundles to or from the entire module (for example, in stationary transport batteries, or in electric transport vehicles that provide adjustable vehicle power, for power transport applications). Power in the field). When the substructure bundle is removed from the module, the holes in the surface can be sealed with an empty sheet the same size as the holes. This feature also allows individual bundles to be repaired by removing the defective substructure bundle and replacing it with a new bundle. The substructure bundle itself may be a coupling unit that forms a smaller substructure bundle.
[0062]
FIGS. 1-4 are perspective views of the structure of the fibrous element, showing the assembly of the microcell assembly.
[0063]
As shown in FIG. 1, a fibrous microcell sheet 10 is made up of a plurality of fibrous microcell elements 12 placed side by side in a parallel arrangement. Each fibrous microcell element 12, as shown, has been strengthened by a plurality of stitched seams 16 or has been strengthened using an attached method such as tape, adhesive, etc. The element sheet of the microcell is formed.
[0064]
The sheets 10 shown are side by side with one another to the first end 18 of the element 12. That is, the ends are generally coextensive with respect to the axis of one another, and the ends 18 are in a common vertical plane extending across the sheet surface from which the inner current collector 14 protrudes.
[0065]
In a similar manner, the opposite ends 20 of the fibrous microcell elements 12 are aligned side-by-side with one another, the ends of which are typically on the opposite side of the fibrous microcell elements 12 to a vertically extending surface. , Side by side.
[0066]
In this manner, the fibers are laid flat, adjacent to each other, and gathered in a network-like structure to form a sheet of fibers.
[0067]
The plurality of outer current collectors 24 are also similarly stiffened in a side-by-side arrangement by stitched seams 26, or alternatively are stiffened using a connection method such as tape, adhesive lace, etc. As shown, a sheet 22 is formed. In such a sheet 22, the current collectors 24 comprising the respective ends 28 and 30 are aligned with one another, with each end of the fibrous current collector lying in a plane extending laterally vertically at each end of the mesh. Will be.
[0068]
Next, the sheet 10 of the fibrous microcell element 12 and the sheet 22 of the fibrous current collector element 24 were overlapped such that the current collector sheet 22 was on the sheet 10 of the fibrous microcell element, as shown in FIG. A coupling structure 32 is made.
[0069]
Such a coupling structure 32 causes the respective sheets 10 and 22 to vertically offset each other, such that the inner current collector element 14 of the sheet 10 is longer than the outer current collector of the sheet 22 as shown, and Correspondingly, on the opposite side of the coupling structure, the outer current collector of sheet 22 is longer than the end of inner current collector 14 of sheet 10. Thus, each outer current collector of the overlaid sheet 22 contacts a corresponding fibrous microcell element of the underlying sheet 10.
[0070]
In FIG. 4, the coupling structure 32 of FIG. 3 is the lowermost layer of the assembly formed thereon with the second layer 36 as the lower layer. The second layer 36 includes fibrous microcell elements 38 arranged side by side to form a corresponding sheet, and the second layer includes an outer current collector with seams 40 stitched as shown. A fixed sheet 48 is put on the fixed sheet.
[0071]
In this second layer, the fibrous microcell elements 38 are aligned with each other at their respective ends 42 and 44, and the sheet of outer current collector 48 is oriented in the longitudinal direction of the sheets of fibrous microcell elements 38. I have put it. In such an arrangement, the outer current collector 48 is longer than the end 42 of the fibrous microcell element 38, and the inner current collector 46 of the fibrous microcell element 38 is longer than the end of the outer current collector 48.
[0072]
At the same time, the current collectors projecting vertically from the first and second layers respectively at each end of the assembly are coextensive with respect to one another with respect to the axis. A porous insulating layer or fiberglass sheet 50 made of a polymer is placed between layers 32 and 36 as shown in FIG.
[0073]
FIG. 5 is a perspective view of the connector 52 connecting the current collector or electrode elements of the microcell fiber assembly. The connector 52 has two springs 54 and 56, which are at an angle of 90 ° to each other, so that the springs can be pressed together. When a plurality of current collectors or electrode elements are placed between the springs of the connector and the springs are pressed together, the current collectors or electrode elements are in firm electrical contact.
[0074]
FIG. 6 shows the microcell assembly of FIG. 4, in which the current collector element on the right side of the figure is fixed to the connector 52 and the two current collector elements are in electrical contact with each other.
[0075]
In FIG. 7, a perspective view of the microcell assembly 70 is shown in an exploded view, and the microcell sheet layers 60, 62, 64, and 66 connected in series are shown. The lower sheet layer 60 consists of inner current collector elements connected by connectors 72, the sheet of outer current collector overlying such a layer being fastened by connectors 74, in turn.
[0076]
The next layer up in this assembly consists of an inner current collector connected by a connector 78, which is connected to a connector 74 by an internal connection 76. Similarly, the outer current collector is coupled to connector 80.
[0077]
The connector 80 is connected by an internal connection 82 to a connector 84 of the next higher layer in the assembly. A connector 84 connects the current collector inside the next higher layer, and at the opposite end of this layer, a connector 86 is connected via an internal connection 88 to a connector 90 on the top layer of the assembly. The current collector is connected.
[0078]
Connector 90 connects the current collector inside the top layer of the assembly, and at the opposite end of the top layer of the assembly, the outer current collector is connected by connector 92.
[0079]
Each layer of the assembly is separated from adjacent layers by a corresponding porous insulating sheet 94, 96, 98, respectively.
[0080]
With the above arrangement, each component layer of the assembly of FIG. 7 is joined to the next adjacent layer in a continuous manner from top to bottom, as is evident from the respective connectors being shown inverted in the figure. are doing.
[0081]
FIG. 8 is a schematic diagram of an assembly 100 in a layered arrangement of successively connected microcell layers, wherein layers 102 and 104 are separated by a porous insulating sheet 110 and layers 104 and 106 are porous insulating layers. Sheets 112 and 106 and 108 are separated by a porous insulating sheet 114.
[0082]
FIG. 9 is a three-dimensional perspective view of an array 130 in which microcell layers are continuously connected. The bottom layer is shown, which is a sheet of fibrous microcell elements 122. From 122, an inner current collector element 124 projects to the left of the layer and an outer current collector element 126 overlies to form a microcell layer. As shown in the schematic, the bottom layer is shown to be electrically separated from the next overlying layer by a porous insulating layer 128. Other layers have the same configuration. The top layer 130 is composed of three fibrous microcell elements arranged side by side, as shown, and the sheets of other fibrous microcell elements of this assembly are correspondingly configured. . In this way, a structure of a bundle of microcells is formed.
[0083]
FIG. 10 shows an arrangement 136 in which bundles 138 of the substructure of the microcell are connected. Here, a bundle of component substructures is continuously coupled to opposing current collector elements 140 and 142, respectively, and adjacent bundles are separated from electrical contact by a porous insulating sheet 147. And the possibility of a short circuit is gone. As shown, the bundles 138 of the substructure are joined at each end by binders 144 and 146.
[0084]
FIG. 11 is a perspective view of a tube 150 with doubly stacked bundles of microcell layers with perforations 154 in the upper surface 152 and optionally the lower surface (not shown in FIG. 11). Two fixing walls 156, 158 are on both sides to fix the fiber sheet in place. Stack the fibers on the perforated tube until the desired voltage is obtained. As shown, a liquid inlet / outlet tube 160 is connected to the inner plenum chamber tube 150.
[0085]
The reclined fiber sheet can be bonded with epoxy. Alternatively, the fiber sheet can be bundled and attached to the container to complete the process. The fibers bind at each end such that the open ends remain open. The perforated tube serves as an inlet for the fiber on the shell side.
[0086]
FIG. 12 shows a cross-sectional elevation view of the microcell fiber bundle 162 embedded in the container 150. This fiber bundle is composed of fibrous microcell element layers 164 and 166, with an outer current collector element sheet 168 therebetween, and a porous sheet between the adjacent current collector and fibrous microcell element sheet. The sheet 170 made of an insulating material is separated. This bundle is attached by a bonding material 163.
[0087]
FIG. 13 is a side view of the container of FIG. 12, showing the fixed wall 156 and the liquid inlet / outlet tube 160 of the container and the connection of the terminals on each side 180 and 182 of the bundle.
[0088]
FIG. 14 shows an arrangement 186 in which fibrous microcell sheets are joined in two substructure bundles 188 and 190 on the opposite side of the conduit 196 that receives the feed gas from the inlet 198. The feed pipe has holes on the upper surface and the lower surface, and the bundles of the lower structures constituting the bundle are fastened with the binding material 192 at the upper bundle and fastened with the binding material 194 at the lower bundle.
[0089]
FIG. 15 is a side view of a two-tier arrangement 200 in which the microcell elements are configured to stack on each side of a perforated tube. A gas supply tube 198 is shown in the figure. The arrangement shown in this figure includes connector / terminal components 202, 204, 206 that couple corresponding current collector elements.
[0090]
FIG. 16 is a perspective view of a fibrous microcell element assembly 210 attached to one side of a perforated tubing, including a gas inlet 224 and a stationary wall 216. A bundle of bound rectangular microfibers is arranged, and the ends are bound by binders 218 and 220.
[0091]
FIG. 17 shows a container 230 in which fibers are placed on both sides of a perforated pipe 238. The container has a central portion 232 having an outlet 242 for discharging gas from the shell side of the microcell assembly, an end portion 234 having an outlet 248 for discharging gas used on the hole side, and gas on the hole side. It comprises a distal end 236 with an inlet 246 for introduction into the container. A perforated conduit is arranged to feed gas to the central portion 232 of the vessel, creating a flow on its shell side.
[0092]
FIG. 18 is an elevational view of a system 250 that includes a bundle of microcells 280 joined at each end by bonds 266 and 268. These binders keep the inner surface of the container 252 tightly sealed by the O-rings 270 and 272.
[0093]
The container 252 has a flange 256 connecting the end 258 and the center of the container. There is an inner volume 252 in the center of the container, with an end volume 278 separated by a binder 268 and an end volume 282 by a binder 266. The fuel inlet 276 leads to a terminal volume 278 and the terminal volume 282 leads to an outlet 284 for the used gas.
[0094]
The used gas outlet 264 is connected to the internal volume 262. The feed pipe 260 extends to the center of the microcell bundle 280 having the internal volume 262, and has a vertical hole. The supply gas is introduced to the shell side of the microcell bundle 280 having the internal volume. The used gas is discharged to the outlet 264. The fuel introduced from the inlet 276 into the terminal volume 278 flows through the pore side of the microcell element of the bundle 280, flows from the bundle to the terminal volume 282, and is discharged from the outlet 284 of the container 252.
[0095]
The current collector couples to a terminal 292 of the terminal volume 282, the terminal structure extending out of the container 252. At the opposite end volume 278, the other inner and outer current collectors couple to terminal 290, which extends outside the container.
[0096]
FIG. 19 shows a perforated tubing 300 with an open end 302. A hole 308 is opened along the length of the central portion 306.
[0097]
FIG. 20 shows fibrous microcells and shell side current collector sheets 312, 314 that can be rotated or wrapped around the perforated tube 300 of FIG. FIG. 21 shows a state in which the sheet is being rotated, and FIG. 22 shows a state in which the sheet has been rotated.
[0098]
The sheet is placed on the other sheet, and the end of the fibrous microcell sheet 312 is longer at one end than the current collector sheet 314 on the shell side, and the current collector sheet 314 on the shell side is longer at the other end. Thereafter, the sheets 312, 314 are tightly wrapped around the perforated tube 300 and fastened with binders 322 and 324.
[0099]
FIG. 23 shows fibrous microcells, sheets 332 and 334 of the current collector on the shell side, and an insulating sheet 330 (such as fiberglass or a porous plastic material). FIG. 24 is a perspective view of a sheet assembly 338, 340, 342, 344, 346 including two sheets of fibrous microcells and two current collectors on the shell side.
[0100]
FIG. 25 is a side view of the microcell assembly 338, 340, 342, 344, 346 using the filled fiber layer. An insulating sheet is placed between the two fiber layers forming the cell. As shown in FIG. 25, if the sheet on one side of the insulator is longer than the end of the insulator, the fiber layer can be connected to another fiber layer continuously.
[0101]
FIG. 26 is a cross-sectional view of a bundle 350 of microcells. This is an assembly in which a cathode 352 is scattered on an anode 354 and bundled.
[0102]
FIG. 27 is a side view in the case where the bundles 360 of the lower structure of the microcell are continuously connected, and the bundles 362, 366, 370, 374 of the lower structure are internally connected by connectors 364, 368, and 372, respectively. . The connector is preferably flexible, since the substructure bundle chains are folded like an accordion so that they can be folded back into the previous bundle or forward into the next bundle. Those that bend in the direction are most preferred.
[0103]
FIG. 28 is a perspective view of a connector 376 used to connect the bundle of the substructure of the microcell as a component in a continuous manner. The connector 376 comprises a pair of spaced-apart springs 378, 380, each of which can be pressed together by tools such as pliers, compressing the protruding current collector of the bundle of substructures. Hold firmly. This spring is conductive and interconnected by a bendable yoke element 382 itself. The yoke element can be made of wire, metal filament, or the like, and serves to electrically interconnect the bundle of substructures to which respective springs 378 and 380 are connected.
[0104]
FIG. 29 shows an assembly 390 having a plurality of bundles, in which a feed tube 394 corresponding to each bundle 391 is inserted, a tube sheet 393 is attached, and an O-ring sealing agent 392 is used to prevent leakage therethrough. It is a cross-sectional elevation view at the time of sealing.
[0105]
FIG. 30 is a cross-sectional elevation view of the multi-bundle assembly of FIG. 29. In this, the respective bundles are connected successively, and are numbered corresponding to FIG. By connecting the wires 398 in a continuous arrangement, each adjacent bundle is interconnected by interconnected terminal elements 396 and 400.
[0106]
FIG. 31 is a cross-sectional view of a fuel cell module containing a plurality of substructure bundles, numbered corresponding to FIG. 29, and having the empty closed element 402 and 404 causes the tube sheet 393 surrounding the module to be closed.
[0107]
FIG. 32 is a side view of a fuel cell module 410 having a plurality of substructure bundles 460, 462, and 464 made of microcells, and a branch pipe 450. The module includes a container 422 surrounding a central inner volume 424 separated by the container wall of the module and tube sheets 472 and 474. For the tube sheet 472, the undercarriage bundle is firmly secured at the O-ring element 438 and for 474, the undercarriage bundle is securely secured at the O-ring element 434. Fixed.
[0108]
The container end element is surrounded by end volumes 426 and 428, respectively. The end volume 426 has a manifold to which a conduit 450 is connected for flowing gas, and a bundle 460, 462 of three substructures by manifold lines 452 connected to branched lines 454, 456, 458. , 464, respectively. The branched lines 454, 456, 458 are connected to respective substructure bundles.
[0109]
The bundles of the lower structure are continuously connected to each other one after another by a connection line 440 interconnecting the bundles 460 and 462 of the lower structure and a connection line 442 interconnecting the bundles 462 and 464 of the lower structure. As shown, such continuous outer substructure bundles are joined by terminals 444 and 446, respectively.
[0110]
The right end portion of the container is connected to the main central element of the container by a flange 430 and is connected to each other in a mechanically clasp-like manner to secure the component elements of the container in a leaktight manner. be able to.
[0111]
In this container, one of the fuel and oxidant streams is introduced into the terminal volume 426 at the fuel inlet 466 and flows to the substructure bundle at the hole side.
[0112]
The outlet 468 is connected to the container 422 by the left element in the figure, and discharges the used supply gas from the terminal volume of the container.
[0113]
The used gas outlet 470 is located in the main central part of the container and discharges the used gas from the shell side of the bundle of the substructure in the inner volume 424 of the container.
[0114]
FIG. 33 shows a cross-sectional side view of the interior volume 506 of a container 515 containing a module 480 containing a bundle 494, 496, 489, 498 of the microcell substructure, passing through a conduit 514. FIG. In this arrangement, with tube sheets 500 and 502, the bundle of substructures is attached to a correspondingly sized receiving opening, and the tube sheets are secured tightly by an O-ring sealant 492 to prevent leakage of the container. I have. In this method, the interior volume of the container is divided into a central volume 506 and end volumes 526 and 528.
[0115]
The container is fitted with a supply gas inlet 510 and used gas outlets 508 and 512. Gas used on the shell side of the undercarriage bundle exits the vessel at outlet 508, and feed gas entering inlet 510 flows through the hole side of the undercarriage bundle and exits to terminal volume 528. . From the terminal volume 528, the gas used on the hole side is discharged from the container at the outlet 512.
[0116]
The bundle of substructures in the interior volume of the container 515 are connected to one another in succession by a continuous connector line 516, 518, 520, and the bundle of outer substructures arranged in series is terminals 522 and 524. Be combined.
[0117]
The container 515 can be opened at the flange 443 to remove the right-hand end, after which the respective substructure bundle can be evaluated and repaired or replaced.
[0118]
Therefore, the microcell according to the present invention can easily connect adjacent components (fibrous microcell sheet layers, bundles of the substructure) one after another, and can conduct electricity from a porous insulator. They can be isolated from each other by sheets or sheathing boards made of impermeable material or in such a way as to ensure that there is no electrical interference between adjacent microcell components. Thanks to the advanced methods of the present technology, the bundle of multiple substructures shown in FIGS. 32 and 33 is only an example, and in certain applications of the present invention, the demand for energy generation in particular embodiments may be reduced. The bundle of a number of substructures can be varied in various ways depending on the structural and operational parameters of other systems.
[0119]
In the manufacture of high voltage electrochemical cells utilizing the microcell components of the present invention, bundle or sheet assemblies of microcells are manufactured. For example, if a design current of 200 amps is required, a number of fibrous microcells are connected in parallel to generate the required current. The resulting microcell structure can be bundled into a cylinder or used to form an assembly with multiple layers. In the case of a bundle, the anodic and cathodic fibrous elements need to be electrically insulated, but must still be in intimate contact with each other. To achieve this high voltage, the sheets or bundles are connected in series, that is, the anode of one cell is connected to the cathode of the next adjacent cell. When cells, bundles, or sheets that are continuously connected to each other are embedded and sealed in the same container, an electrochemical cell module that generates a desired high voltage is obtained.
[0120]
Terminal management
When the microcell elements are bundled or otherwise assembled into a compact structure to form a modular electrochemical cell assembly, the resulting electrochemical energy generation / energy conversion device generates a large amount of heat during operation. I do.
Various methods are available for removing heat from the microse assembly in accordance with the present invention.
[0121]
In one aspect of the invention, the heat transfer tubes are distributed into microcell bundles, substructure bundles, or other collective microcell assemblies. In a preferred embodiment, such tubes are arranged in parallel with the fibrous microcell elements of the microcell assembly.
[0122]
In another embodiment, the heat transfer tubes are placed between the bundles of the substructure of the assembly, and the heat transfer tubes are at least opposite from one end of the tube sheet surface (where the end of the substructure bundle or part of the outside is attached). So that it extends to Thanks to the advanced method of this technology, the number, size and material of the heat transfer tubes depends on the amount of heat that needs to be recovered, the operating temperature of the fuel cell, the type of heat exchange liquid used, the pumping requirements of the liquid or the flow rate. Can be easily determined.
[0123]
In order to control the heat exchange liquid separation from the fuel flowing to the pore side of the microcell fiber of the fuel cell module, the length of the heat transfer tube must be longer than the tube sheet that seals the pore side of the microcell hollow fiber on the shell side. In addition, the length of the heat transfer tube can be selected. Next, the stretched heat transfer tube is attached again, and a barrier is formed between the hole of the heat transfer tube and the hole of the microcell hollow fiber.
[0124]
The final assembly of the fuel cell module with the heat transfer tubes is configured with an inlet for introducing the heat exchange liquid at one end of the first container, and two coupling sites (ie, microcell elements coupled with the coupled heat transfer tubes). It is preferable to include a second container with an inlet for introducing fuel on the hole side of the microcell between the two, and the structure of the container is a corresponding structure on the opposite side, and is used with a heat exchange liquid. It is desirable to have a respective outlet for discharging waste fuel.
[0125]
For a microcell electrochemical cell module in accordance with the present invention, an alternative thermal management design is to use a hollow, non-porous, non-porous, shell-side, or both, current collector for the microcell structure. Use porous, conductive and heat transfer tubes. Since the current collector terminates on the opposite side of each tubesheet, the heat exchange current collector tubes will be mounted as described above, and only one end will isolate the heat exchange liquid container from the hole side / supply. At the opposite end, the heat transfer tubes terminate in tube sheets.
[0126]
In this arrangement, the heat exchange liquid and the fuel flowing into the holes can be mixed at the outlet. In this system design, the heat exchange liquid does not enter the pores of the microcell and does not come into contact with the catalyst or electrolyte. For example, the fuel and heat exchange liquid flowing in the holes can be supplied to the module in the same direction, and the heat exchange liquid and the fuel flowing in the holes can be prevented from mixing except at the fuel inlet of the microcell.
[0127]
Next, the heat exchange liquid can be collected in another unit, or the heat exchange liquid can be collected and recycled using the plenum of the container. For example, when the fuel is gas or hydrogen gas, separation of the heat exchange liquid and the heat can be easily achieved.
[0128]
In special embodiments where the heat exchange liquid and the fuel flowing to the holes are the same (eg, air), the heat exchange liquid and the fuel can be mixed and need not be separated.
[0129]
In a further embodiment, heat is removed from the microcell module by conducting heat from a current collector on the shell or hole side of the microcell element. In this approach, the end of the current collector is extended and the heat exchange liquid located in the heat exchange channel located inside the container at the plenum inside the container containing the microcell module, or at the fuel inlet or outlet coming into or out of the fiber holes. Soak in In the latter case, the inlet and outlet of the heat exchange passage are tightly separated from the internal volume of the microcell module so as not to leak.
[0130]
Referring to the figure, FIG. 34 is a cross-sectional view of a microcell assembly 530 with heat transfer fibers and tubes 538 scattered (distributed) as shown.
[0131]
In the microcell assembly shown, each microcell bundle is attached to a correspondingly sized hole in tube sheet 536 and the microcell bundle is tightly sealed with an O-ring sealant to prevent leakage at such holes. ing. As another method, the end heat transfer tubes 538 of the microcell bundle 532 are attached, and the tube sheet 536 is formed.
[0132]
FIG. 35 is a cross-sectional elevation view of the fuel cell module showing the air / fuel path and the heat transfer path.
[0133]
The fuel cell module 540 includes a container 541 to which a microcell assembly 550 is attached by bonding materials 552 and 554. The binder is meshed with the O-ring sealant 556 and 558 to seal around the inner wall of the container. In this way, an interior volume 560 is created in the container secured by the binders 552 and 554. A gas outlet 586 is attached to the main center of the vessel and connects the gas flow to the shell side of the microcell element of the assembly 550.
[0134]
The fuel cell module of FIG. 35 is fitted so as to be tightly sealed with the inner wall of the container 541 and the O-ring sealing agent 578, and the tube sheet 562 and the inner wall of the container and the O-ring sealing agent 580, respectively. Tube sheet 578.
[0135]
In such an arrangement, an intermediate volume 576 is between the tie 552 and the tubesheet 578, at the end of the container, on the left side of the figure where the terminal volume is shown.
[0136]
Correspondingly, an intermediate volume 568 is formed between the bonding material 554 and the tube sheet 562, and in FIG. 35 the terminal volume is also shown in the right end portion of the container.
[0137]
The coolant inlet 582 is at the right end of the fuel cell module container, and the coolant inlet 590 is at the left end element of the container.
[0138]
A fuel inlet 584 connects to the intermediate volume 568 of the module, and a used fuel outlet 588 connects to the intermediate volume 576 at the opposite end of the module.
[0139]
Distributed in the cross-section of the microcell assembly 550 (across the vertical axis) are a plurality of hollow fiber heat transfer paths 604, which extend the full length of the microcell assembly and intermediate volume, and include tube sheets 562 and Extending beyond 578 to terminal volumes 566 and 565, respectively.
[0140]
A central conduit 592 enters the container from the right and extends to the center of the microcell assembly 550. Within the microcell assembly, there is a perforation in the feed line, which provides fuel to the shell side of the fibrous microcell element of the microcell assembly.
[0141]
The current collectors of the intermediate volumes 568 and 576 fit into terminals 600 and 602, respectively, which extend out of the container 541.
[0142]
Container 541 is connected to flange 570 and is secured by a suitable mechanical clasp. Here, the right center volume and the terminal volume of the container are removable and are connected to the interior of the fuel cell module.
[0143]
In operation, coolant flows to terminal volume 566 (from an external source not shown in FIG. 35), flows through open-ended heat transfer tubes 604, flows axially through the tubes to the opposite terminal volume 565. From which coolant is discharged through outlet 590. Also, the coolant may be recirculated to the inlet 582 for heat recovery, for example, as a continuous loop. At the same time, feeds (oxidant and fuel) are introduced into the shell side and the hole side of the microcell element of the microcell assembly 550, respectively, and power is generated by an electrochemical reaction, which causes an external load via terminals 600 and 602, respectively. It is transmitted to. For such purposes, the terminals are coupled to appropriate circuitry and external load components.
[0144]
FIG. 36 is a cross-sectional view of a microcell bundle 610 incorporating hollow fibers 614 interspersed with fibrous microcell elements 612. In such a bundle, the hollow fiber functions as an external electrode, and also allows heat exchange. Thus, during operation of the microcell assembly, in addition to passing through the bore of the lumen, for example, through a flow of heat transfer material, such as air, to remove heat generated by accidental electrochemical reactions from the bundle, Hollow fibers can be coated, impregnated and extruded with an electrocatalytic material, or otherwise configured as an electrode element and used functionally.
[0145]
FIG. 37 is a side view from a cross section of a fuel cell module using a hollow fiber heat transfer element.
[0146]
The fuel cell module 620 of FIG. 37 is constituted by a container 625, and is flanged with a flange structure 624. This separates the right part of the container and separates it from the main central part, leading to the internal structure of the module. The container 625 includes a bundle of microcells 626 joined by binders 628 and 630, the inner wall surface of the container 625 is tightly sealed so as not to leak with O-ring sealants 632 and 634, and the inner wall and the respective It defines an internal volume 636 in the container, separated by binders 628 and 630.
[0147]
In the axial direction of the bonding material 630 is a tube sheet 640, which defines an internal volume 660, and seals the inner wall of the container with an O-ring element 642.
[0148]
The heat transfer tubes that make up the current collector terminate in a tube sheet 628, which connects to the terminal volume 662 of the container 622.
[0149]
Outside the tubesheet 640 in the container is a terminal volume 658. The central conduit 641 is longer than the end wall 622 of the container and extends to the center of the microcell assembly 626. Such a central conduit is perforated in the microcell assembly and supplies fuel to the shell side of the assembly.
[0150]
The right part of the container is removable by a flange 624 and connects to the interior of the module. [0151]
Intermediate volume 660 has an inlet 646 for introducing fuel and flowing fuel to volume 662 via assembly 626. The volume 662 has an outlet 648 for discharging spent fuel. The intermediate volume 636 of the container has an outlet 538 for discharging spent fuel on the shell side.
[0152]
The end volume 658 of the module has an inlet 644 for introducing cooling water and flowing the cooling water to hollow fiber elements extending into this volume. Cooling water flowing axially through the hollow fiber element flows to the opposite end volume 662.
[0153]
The hollow fiber heat transfer path of this embodiment is formed by hollow fiber electrodes, and as shown, such electrodes are conjugated to the corresponding terminals 652 and 656, respectively, at the terminal volume.
[0154]
FIG. 38 is a cross-sectional elevation view of a fuel cell module that performs heat exchange from a current collector by heat conduction. The module 700 includes a container 702 containing a microcell assembly 704, to which a bonding material 706 sealed with an O-ring sealing material 710 and a bonding material 708 sealed with an O-ring sealing material 712 are attached. I have. As a result, the range of the internal volume 720 is defined, and the internal volume 720 is connected to the outlet 740 for discharging the used fuel.
[0155]
A central conduit 714 extends into the center of the microcell assembly 704 and is vertically drilled in the microcell assembly to supply fuel to the shell side of the assembly.
[0156]
The terminal volume 724 of the container 702 has an inlet 742 for introducing fuel and flowing fuel through a hole in the microcell assembly 704 to the terminal volume 722, from which the outlet 732 is used. Drain fuel.
[0157]
In this module, a heat exchanger 746 is included in the terminal volume 724 and contacts the current collector element of the microcell assembly to effect heat exchange. Heat exchange liquid (from a source not shown in FIG. 38) is introduced into a heat exchanger or inlet 748 and circulated and discharged from outlet 750.
[0158]
In a similar manner, the opposite end volume 722 has an inlet 728 for receiving and flowing the heat exchanger 780 and the heat exchange fluid, and an outlet 730 for discharging the heat exchange fluid from the second heat exchanger 780. included.
[0159]
Each terminal current collector is in conductive connection with terminals 738 and 736. The left portion of the container 702 is flanged with a flange 726 to allow easy opening of the container and access to the interior of the container.
[0160]
FIG. 39 is a circuit diagram of a fuel cell system as one embodiment of the present invention. The fuel cell system 780 includes a microcell module 782, which includes a coolant inlet 810, a coolant outlet 792, a fuel inlet 794, an oxidizer inlet 799, and a used fuel outlet 786. And a container 784 connected to the outlet 804 of the used oxidant. The fuel inlet 786 is connected to an exhaust line connected to the back pressure adjusting valve 788. In a similar manner, the outlet 804 of the used oxidant is coupled to an outlet line 806 that connects to a back pressure regulating valve 808. The respective back pressure regulating valves 788 and 808 can be adjusted to control the rate and extent of the electrochemical reaction involving the fuel and oxidants.
[0161]
The system includes a fuel supply tank 798 coupled to a fuel supply line 796 leading to a fuel injection pipe 794. Similarly, an oxidizer supply line 800 is coupled to the oxidizer tank 802 and is conjugated to an oxidizer inlet 799.
[0162]
In this system, a coolant circulation arrangement is provided, including a recirculation line 816 coupled to a coolant outlet 792, where a pump 818 and a heat exchanger 820 are located. The heat exchanger 820 removes heat from the warmed coolant and recycles this fluid to the surge tank 814 and returns it from the supply line 812 to the coolant inlet 810.
[0163]
As a result, when the system shown in FIG. 39 is operated, the coolant flows through the hollow fiber heat transfer tube of the container, continuously recirculates to the surge tank, and the surge tank causes the coolant to stagnate at a high rate. Perform electrochemical oxidation.
[0164]
Double membrane microcell structure and assembly
In particular applications of the invention, microcell structures are usually utilized in a double membrane configuration.
[0165]
In one embodiment, a microcell structure of this type is easily formed by hollow fiber internal separators, with the inner current collector and the internal electrode electrocatalyst attached to the shell side. Such hollow fiber inner separators are surrounded by hollow fiber outer separators. The pores of the outer hollow fiber membrane are eroded by the electrolyte, and the outer hollow fiber membrane shell side is coated with the electrocatalyst of the outer electrode to form a double membrane microcell structure.
[0166]
The dual membrane microcell structure is advantageous because the hollow fiber internal separator can be used as a membrane to selectively permeate fuel (such as hydrogen or oxygen), if desired. This can be achieved, for example, by coating the inner wall of the inner separator or the outer shell with a permselective material that preferentially allows the desired gas to penetrate the electrodes. Thus, this dual membrane design is advantageous in reducing or eliminating the contact of the electrocatalyst or electrolyte with potentially harmful impurities in the fuel. Materials that can be used for the permselective membrane include cellulose ether, polyimide, polysulfone, and palladium.
[0167]
In another microcell structure including a bilayer separator, the inner wall of the inner separator is CO-H2It may be immersed in, or coated with, a reforming catalyst that performs O conversion at a low temperature. In such a design, the shell side of the internal separator is coated with a material that allows the choice of anode or cathode fuel.
[0168]
In another dual membrane design, the anode or cathode is coated with a material that can select hydrogen or oxygen. In such a case, it is necessary to make the permselective material for protection conductive on the shell side of the outer hollow fiber membrane so that the current collector of the external electrode and the electrocatalyst on the shell side can make electrical contact. A permselective material such as palladium may be used for such a purpose. Alternatively, if desired, a conductive permselective material can be used for either one of the cathode or anode components.
[0169]
Yet another design utilizing double membrane processing utilizes a conductive hollow fiber internal separator. Such conductive hollow fiber separators can be made of sintered metal, carbon, or graphite. In some embodiments of such a dual membrane design, depending on the conductivity of the inner hollow fiber, an inner current collector is not required.
[0170]
The inner and outer hollow fiber membranes can be any suitable commercially available membranes, for example, polypropylene, polysulfone, polyacrylamide, and the like. In one embodiment, the membrane is selectively permeable, such as allowing the feed gas (fuel, oxidant) to selectively pass without passing through other gases and components (such as fuel impurities) that may be present. Process to have. By a specific example method, a protective hydrogen permeable barrier layer is deposited by depositing a solution, coating with an electrolyte, etc. to form a palladium film on the membrane surface that allows hydrogen to pass but nitrogen or oxygen is closed. Can be done. See, for example, Gryaznov et al. , "Selectivity in Catalysis by Hydrogen-Porous Membranes", Discussions of the Faraday Society No. 72 (1982), pp. 147-64. 73-78, Gryaznov, "Hydrogen Permeable Palladium Membrane Catalysts", Platinum Metals Review, 1986 30 (2), pp. 146-64. 68-72, and Armor, "Catalysis with Permselective Inorganic Membrane", Applied Catalysis, 49 (1989), pp. 90-80. Please refer to 1-25.
[0171]
FIG. 40 is a cross-sectional view of a micro-cell 900 having a double-membrane design using a conductive permselective membrane for the anode or the cathode of the micro-cell. Microcell 900 comprises an outer electrocatalyst layer 912, a microporous membrane / electrolyte 910, an electrocatalyst 908, an inner hydrogen or oxygen selective membrane 906, a current collector or electrode element 902 in an inner hole 904. I have.
[0172]
FIG. 41 is a cross-sectional view of a microcell 914 having a double isolation design using a permselective membrane for protecting the anode or the cathode of the microcell. The microcell 914 includes an outer electrocatalyst layer 930, a microporous membrane / electrolyte 928, an electrocatalyst 926, a current collector or electrode element 922, a porous inner separator 920, an inner hydrogen or oxygen selective membrane 918, It is constituted by an inner hole 916.
[0173]
FIG. 42 is a cross-sectional view of a microcell 932 in a dual isolation design using a permselective membrane covering the anode and cathode elements of the microcell. The microcell 932 includes an outer hydrogen or oxygen selective conductive membrane 948, an electrocatalyst layer 946, a microporous membrane / electrolyte 944, an electrocatalyst 942, a current collector or electrode element 940, and a porous inner separator 938. , An inner hydrogen or oxygen selective film 936, and an inner hole 934.
[0174]
FIG. 43 is a cross-sectional view of a microcell 950 with a dual isolation design using a permselective membrane covering both the anode and cathode of the microcell and a conductive internal separator. Microcell 950 includes an outer hydrogen or oxygen selective conductive membrane 966, an electrocatalyst layer 964, a microporous membrane / electrolyte 962, an electrocatalyst 960, a conductive, porous current collector or electrode element 958, an inner Of hydrogen or oxygen selective membrane 956 and inner hole 952.
[0175]
FIG. 44 is a cross-sectional view of a microcell 970 having a double isolation design using a permselective membrane covering both the anode and the cathode of the microcell and a reforming catalyst on the inner wall of the internal separator. Microcell 970 comprises an outer electrocatalyst layer 986, a microporous membrane / electrolyte 984, an electrocatalyst 982, a current collector or electrode element 980, an internal hydrogen or oxygen selective membrane 978, a porous internal separator 976, It comprises a CO-water conversion / reforming catalyst 97 and an inner hole 972.
[0176]
Manufacture of microcell structures and assemblies containing them
For commercial mass production, it is desirable to be able to produce a microcell device containing most of its components in a single extrusion step at a high rate. An important aspect of this mass processing process is to surround the internal electrodes with microporous membrane separators.
[0177]
For this purpose, a conductive fiber chain can be passed through the center of the tube at the tip of the extrusion (spinneret). The material that forms the skeleton of the microporous membrane separator, called the "dope," is continuously extruded around the tube at the tip of the hole, forming conductive fiber chains. An internal flocculant, such as a gas such as nitrogen or a liquid such as water, passes through the bore tube along the internal electrode fibers or fibrous current collector.
[0178]
In the operation described above, the size of the microcell fibers is determined by the size of the extrusion opening. Such openings may be of various sizes, for example from a scale of less than 100 microns, and the membrane may be correspondingly thin, a few microns thick.
[0179]
When the ink paste is used in the microcell processing method, the electrocatalyst paste is simultaneously extruded from the holes. The extruded fibers are immersed in an external flocculant such as a quench bath or water. When the extruded fibers undergo an agglomeration / quenching operation, a microstructured membrane structure is immediately formed around the internal electrode when the water-soluble compound at the pore reaches the aggregating / deactivating agent.
[0180]
By selecting parameters such as membrane dope formation, the type of flocculant used, and the temperature of the spinning operation, and controlling them accordingly, the pore structure, porosity, and pore size of the membrane separator can be accurately determined. Can control. Specific conditions can be easily determined by such a process with simple experimentation without undue effort, thanks to the advanced methods of the present technology.
[0181]
A variety of materials are useful and unlimited for forming microporous membrane separators, such as polysulfone, polyacrylamide, other high temperature polymers, glass, and ceramic materials.
[0182]
By the spinning process described above, the microcell can be continuously processed at a high rate.
[0183]
In the case of a polymer electrolyte fuel cell or an electrocatalyst for an external electrode, for example, after forming a microporous membrane separator-encapsulated internal electrode structure, the encapsulated structure is ion-exchanged on the outside (shell side) with an ion exchange polymer. Coat or impregnate. A similar extrusion process can advantageously provide such an outer coating.
[0184]
FIG. 45 is a schematic process diagram of a solution impregnation system 988 for immersing the membrane fibers 992 with Nafion or an electrocatalyst. The membrane fibers 992 exit the fiber spool 990 and, by the action of the rollers 994, pass through a solution bath 996 where the fibers are impregnated. The impregnated fibers then pass over guide rolls 998, through rows of heating elements 999, and finally to take-up winder 1000.
[0185]
A further application of the electrochemical cell of the invention is for the production of chemical substances. The present invention can be advantageously applied to chemical synthesis using a microcell processed according to the present invention. This microcell has a high current density per unit volume required for a chemical reaction, a distance of an electrode film (thickness). ) Minimizes internal resistance, and provides high efficiency due to low mass transfer resistance.
[0186]
Further, hydrogen and oxygen can be generated in a place where other forms of electric power can be used by using the microcell processed according to the present invention. In such an application field, hydrogen (or other fuel gas) generated in the cell can be stored and used for power generation.
[0187]
For example, after a polymer porous film is formed around a current collector in a microcell fiber structure, this structure is directly applied to an electrolyte solution of a water-soluble polymer such as a Nafion solution (a 5% solid solution or an alcohol solution). And the polymer electrolyte can be immersed in the pores of the porous polymer membrane. Depending on the time during which the porous polymer membrane is immersed in the composition of the electrolyte impregnating agent during the process, and the number of times of contacting the repetitive structure with this composition (ie, once or twice) The amount of impregnated polymer electrolyte can be variously selected.
[0188]
In the same process line where the electrolyte was soaked, or alternatively in a subsequent processing operation, in one process embodiment, the microcell fibers are dried and H2[PtCl6] To the platinum as an electrocatalyst material. Thereafter, sodium borohydride (NaBH)4) To reduce the platinum composition to elemental metallic platinum.
[0189]
Using this continuous technique in accordance with one embodiment of the present invention, only the shell exterior of the membrane is impregnated with platinum. After attaching the fiber to the container by pumping the platinum plating solution out of the hole in the fiber, the inner wall of the membrane is impregnated.
[0190]
In another embodiment, both the shell side and the pore side of the fiber are impregnated after the fiber is installed.
[0191]
After impregnating the pores of the membrane with Nafion's electrolyte solution for ion exchange, according to another aspect of the invention, the electrocatalyst is coated with airfoil platinum loaded with activated carbon of a suitable particle size. Activated carbon particles loaded with platinum are usually in the range of 5-10% by weight. In principle, the composition of the paste is prepared as an emulsion of activated carbon particles on which platinum is applied, Nafion ionomer as binder and polytetrafluoroethylene which is Teflon®. The shell side of the fiber is then coated with a paste or alternatively extruded.
[0192]
The paste can be coated on the inside of the fiber wall in various ways. In one approach, the paste is extruded simultaneously while rotating the porous membrane separator element around the current collector. The second approach involves extruding the paste around the current collector before inserting the current collector into the membrane fibers. As a third approach, once the cell assembly has been formed and mounted, a thin paste can be pumped into the pores of the porous membrane separator.
[0193]
In another embodiment, the electrolyte is placed inside a porous membrane separator element and the catalyst is applied by electrodeposition from a solution containing platinum ions, an electroplating solution process, or an electroless plating solution process.
[0194]
Corrosion control of microcell assembly
In the field of application of conventional fuel cell technology, the materials used as current collectors are usually limited to the type of graphite. Current collectors made of aluminum or titanium can be coated with a corrosion-resistant coating such as gold, but under excessive corrosive conditions and thermal cycling that are characteristic of fuel cell operation, such coatings can It tends to peel off or delaminate from the current collector element.
[0195]
By using the microcell element, a material of the current collector other than the graphite material can be used as a component. The metal fibers used in the microcell structure of the electrochemical cell module can achieve durable corrosion resistance by being coated by various techniques. Useful coating techniques for such purposes include, but are not limited to, electrochemical deposition, electroless coating, dip coating, extrusion, etc. using a corrosion resistant metal composition or a polymeric material such as polyanaline.
[0196]
A preferred approach for metallic materials for coatings used in current collectors includes using amorphous metal compositions deposited by plasma coating techniques. In general, the corrosion resistance is better when the composition of the coating agent is amorphous. In addition, various amorphous metal compositions result in very large surface areas. An example of such a metal composition having a large surface area is a nickel-hydrogen electrocatalyst material. The use of such a high surface area metal composition essentially leads to an increase in the surface area of the fibrous microcells, and such an amorphous metal coating is effective for hydrogen storage in fuel cells. Can have significant structural and operational advantages.
[0197]
Another approach to improving the corrosion resistance of metal fiber materials is to coat the metal fibers with a polymerization precursor or other organic coating and carbonize the coating. The carbonization of the polymer that forms the graphite material on the metal fibers results in a coating that is corrosion resistant but has higher conductivity than carbon or graphite alone.
[0198]
If pinholes are present in the coating process, they can corrode or break the connection from one part of the microcell to another, which reduces the useful power density of the cell. Another approach is to use a manufacturing method that places the carbon fibers together on the pore or shell side of the microcell so that the carbon fibers are in intimate contact with the current collector of the microcell. Avoid. In such an arrangement, if the current collector erodes during operation of the electrochemical cell, the carbon or graphite fibers maintain the flow of current therethrough, resulting in considerable corrosion. If the current collector element breaks or deteriorates, the electricity will not be interrupted.
[0199]
It is advantageous to coat the metal fibers with a compound, such as a polymer material, in order to increase the service life of the metal current collector fibers under conditions in which the fuel cell has corroded, after which the coated fiber polymer material is heated. Becomes susceptible to decomposition. Utilizing a conventionally used technique of forming carbon fiber itself, the fiber-coated material is pyrolyzed and converted to carbon.
[0200]
The formation of a continuous layer of metallic current collector fibers (regardless of size) results in the formation of radially and longitudinally conducting fibers, while the surface protects the underlying metal from corrosion and is therefore corrosion resistant.
[0201]
FIG. 46 is an elevational view of a conductor element 1002 that includes a metal fiber 1004 having an outer surface coated with a polymeric compound 1006. The fibers are coated by any suitable method, such as, for example, thermal spraying, dip coating, roller coating.
[0202]
FIG. 47 shows the corresponding fiber 1002 after pyrolysis of FIG. Its outer surface is composed of a pyrolytic carbon coating 1008.
[0203]
Regarding the preparation of the current collectors and electrodes, in one embodiment of the present invention, the conductive metal fibers of the microcell are comprised of copper, aluminum, or titanium fibers and have a diameter of about 100 microns to about 10,000 microns. Range and coated with a corrosion-resistant metal of appropriate thickness, such as gold or platinum.
[0204]
Alternatively, carbon / graphite fibers having a good conductivity in the range of about 100 microns to about 10,000 microns in diameter can be utilized and cured with a metal catalyst such as platinum. Such hardening of platinum can be attributed to H2[PtCl6] To a plating solution containing sodium borohydride (NaBH4) To reduce the platinum compound to the elemental metal platinum.
[0205]
With respect to current collectors, pinholes and coating defects accelerate corrosion of metal current collectors. To avoid cutting off the microcells' voltages and currents that could result in fibrous cells being cut or inoperable as a result of such corrosion (resulting in loss of conductor continuity). It is advantageous to place the fibrous carbon current collector beside the coated metal fibers. FIG. 48 shows a fibrous carbon current collector 1014 placed beside the coated metal fiber 1012. As shown in FIG. 48, the carbon fibers 1014 will be in intimate contact with the coated fibers 1012.
[0206]
FIG. 49 shows a fiber assembly obtained by cutting the coated metal fiber 1012 of FIG. If the continuity of the coated metal fiber is cut at one point due to corrosion, the carbon fiber 1014 in contact with the two parts of the corroded metal fiber 1012 maintains continuity and the depth of the carbon fiber / metal fiber arrangement Along, current can be passed from one to the other.
[0207]
Microcell assembly moisture management
In the electrochemical reaction of the microcell, where water is a by-product of the reaction, the fuel can be humidified to prevent the membrane from drying out, and the microcell assembly can be filled with excess water or excess water. It is desirable to include a water management system for removal.
[0208]
Generally, if the microcell structure has a large surface area and low mass transfer resistance, removing water from the microcell module is less of a problem than conventional planar fuel cell structures.
[0209]
Various alternatives may be utilized to further enhance the water management capabilities of the microcell fuel cell module. For example, if a heat transfer tube is used in a fuel cell assembly, and the assembly is made of a material such as a hollow fiber membrane coated with Nafion or another ion exchange polymer that can selectively permeate water, and When the heat exchange liquid is water, a heat transfer tube can be used to supply water to the fuel cell or remove heat from the fuel cell.
[0210]
One approach to removing heat from the fuel cell is to have a porous planar hollow fiber membrane to distribute the microcell bundle. In this structural arrangement, during operation of the fuel cell, water penetrates the walls of the membrane by wicking and is passed down through the holes of the hollow fiber and removed from the active surface. The resulting water can then be collected in a plenum in the container containing the module and drained from the system.
[0211]
The present invention considers various approaches to removing water from the fuel cell. In fuel cells made of fibrous cells or microcells, hollow fiber membranes treated with hydrophilic compounds can be intermittently packed between fibrous cells containing electrodes or current collectors to remove the generated water. . Since these hollow fiber membranes are in close contact with the shell side of the cell and the pore side is open, the water generated by the fuel cell is absorbed by the wick phenomenon and passes down the pores of the hollow fiber membrane to form the electrode. Is removed from the cell containing As a result, the cells can be prevented from overflowing with water.
[0212]
When the module is mounted vertically, water can also be collected by gravity at the bottom of the cell and drained from it.
[0213]
FIG. 50 shows a cross section of a bundle 1020 of hollow fibers and microcell tubes. Among them, flat hollow fiber elements 1026 are interspersed with microcell fiber elements 1022 and shell-side electrodes 1024. Utilizing such hollow fiber elements, water is passed from the assembly. FIG. 51 is a cross-sectional elevation view of a microcell fuel cell module 1030, such as a container 1032 that includes a vertically arranged microcell assembly 1036, as shown. The container 1032 has a flange 1034 that allows the top end of the container to be removed to access the internal components of the microcell assembly and other modules.
[0214]
The microcell assembly 1036 is attached at the upper end with a binder 1040 and is tightly sealed with an O-ring sealant 1042 to prevent leakage with the inner wall of the container. Similarly, the microcell assembly 1036 is attached at its lower end with a binder 1044 and is tightly sealed with an O-ring sealant 1046 to prevent leakage with the inner wall of the container.
[0215]
A central conduit 1080 is fitted into the microcell assembly 1036, which is perforated with the internal volume of the microcell assembly. In addition, a fuel inlet 1060 supplies fuel from the upper end volume 1048 to the pore side of the microcell element of the assembly. Fuel discharged at the lower end of the hollow fiber element enters the lower end volume 1050 and is discharged from the container at outlet 1072 or 1070.
[0216]
The outlet 1078 is in the inner volume 1038 of the container and discharges the used fuel in the inner volume (shell side).
[0217]
The lower end of the container 1032 is constituted by a plenum chamber 1076, which receives water (condensate) flowing to the lower portion of the container by gravity and discharges overflowing water from the outlet 1072 or 1070.
[0218]
As shown, at each end of the microcell assembly, a current collector element is coupled to a respective terminal 1082 and 1084.
[0219]
Accordingly, the hollow fiber tubular elements utilized in the microcell assembly allow the excess water to penetrate the passages in such hollow fiber holes and drain it into the plenum chamber, thereby removing the water from the electrochemical fuel cell module. , Can easily remove excess water.
[0220]
In addition, water can be transported from the microcell assembly using any suitable method, including flowing water from the microcell bundle to a collection tube or location, using surface tension or capillary effect elements and structures. including. As an example, on March 3, 1981, Leslie C. et al. Kun and Elias G .; The reinforced structure of the film compression apparatus described in U.S. Pat. No. 4,253,519 issued to Ragi effectively utilizes the overlay structure for microcell fibers or bundles of similar construction, and bundles of substructures. The liquid is collected by flowing, and is discharged from the fuel cell module.
[0221]
In each of the foregoing approaches, the electrolyte / catalyst-impregnated coated fibers can optionally be coated with an emulsion of Teflon® polytetrafluoroethylene to impart hydrophobicity to the membrane / electrode assembly. With such flexible measures, water introduced or formed in the cell is repelled from the catalyst surface, improving the effectiveness of the catalyst site for fuel or oxidizing agents (such as hydrogen and oxygen).
[0222]
Although the present invention has been described herein with reference to a particular embodiment, features, and aspects, the present invention is not limited to this, but is extended to, and adapted to, other modifications, variations, applications, and practical applications of the embodiment. It will be appreciated that all other modifications, variations, applications, and embodiments are considered to be within the spirit and scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a fiber element structure showing the assembly of a microcell assembly.
FIG. 2 is a perspective view of a fiber element structure showing the assembly of the microcell assembly.
FIG. 3 is a perspective view of the fiber element structure showing the assembly of the microcell assembly.
FIG. 4 is a perspective view of a fiber element structure showing the assembly of the microcell assembly.
FIG. 5 is a perspective view of a connector connecting the current collector or electrode elements of the microcell fiber assembly.
FIG. 6 is a microcell assembly according to one embodiment of the invention, terminated at one end of the assembly.
FIG. 7 shows a perspective view of the microcell assembly in an exploded view, showing the continuously connected microcell sheets.
FIG. 8 is a schematic view of a layered arrangement of continuously connected microcell sheets.
FIG. 9 is a three-dimensional perspective view of an array in which microcell layers are continuously connected.
FIG. 10 shows an arrangement with a microcell sheet attached.
FIG. 11 is a perspective view of a tube with a double stack of electrochemical cells with perforations on the top and optionally the bottom.
FIG. 12 is a cross-sectional elevation view of a microcell fiber bundle attached to a container.
FIG. 13 is a side view of the container of FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional elevation view in a case where microcell sheets are stacked in two stages.
FIG. 15 is a side view of a two-tiered microcell device in which sheets are arranged to be stacked on each side of a perforated tube.
FIG. 16 is a perspective view of a fiber attached to one side of a perforated delivery tube.
FIG. 17 shows a container with fibers placed on both sides of a perforated tube.
FIG. 18 is a side view of an electrochemical cell device constituting a microcell assembly.
FIG. 19 shows a perforated tubing used as a rotating shaft to form a microcell structure.
FIG. 20 shows a sheet of fibrous microcells and current collectors on the shell side that can be rotated or wrapped around the perforated tube of FIG. 19;
FIG. 21 illustrates a state where the sheet in FIG. 20 is being rotated.
FIG. 22 shows a state in which the sheet of FIG. 20 has been rotated.
FIG. 23 shows a fibrous microcell part, a sheet of a current collector on the shell side, and an insulating sheet (such as fiberglass or a porous plastic material).
FIG. 24 is a perspective view of a sheet assembly including two sheets of a fibrous microcell portion and a shell-side current collector.
FIG. 25 is a side view of a microcell assembly using a filled fiber layered sheet.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a bundle of micro cells.
FIG. 27 is a side view of a case where the bundles of the lower structure of the microcell are continuously connected as one embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a perspective view of a connector used to continuously connect a bundle of substructures of a microcell as a component.
FIG. 29 is a cross-sectional elevation view of an assembly having a plurality of bundles, in which a feed tube corresponding to each bundle is placed.
FIG. 30 is a cross-sectional elevation view of an assembly having a plurality of bundles when the respective bundles are connected in series.
FIG. 31 is a cross-sectional view of a fuel cell module in which a plurality of bundles of a lower structure are inserted, in which an airtightly sealed element closes a topsheet of a portion surrounding the module.
FIG. 32 is a side view of a fuel cell module having a plurality of bundles of a lower structure made of microcells and having a feed pipe branched and arranged.
FIG. 33 is a side view from a cross-section showing an internal volume of a module container including a microcell bundle having a lower structure passed through a pipe as one embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a cross-sectional view of a microcell assembly in which heat transfer fibers and heat transfer tubes are dispersed in a microcell bundle.
FIG. 35 is a cross-sectional elevation view of the fuel cell module showing the air / fuel and heat transfer paths scattered between the substructure bundles.
FIG. 36 is a cross-sectional view of a microcell bundle in which a hollow fiber functions as an external electrode element and can exchange heat.
FIG. 37 is a cross-sectional side view of a fuel cell having hollow fibers for heat exchange / current collector.
FIG. 38 is a cross-sectional elevation view of a fuel cell module performing heat exchange from a current collector by heat conduction.
FIG. 39 is a circuit diagram of a fuel cell system as one embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a cross-sectional view of a double membrane design using a conductive permselective membrane for the anode or cathode of the microcell.
FIG. 41 is a cross-sectional view of a double isolation design using a permselective membrane to protect the anode or cathode of the microcell.
FIG. 42 is a cross-sectional view of a dual isolation design using a permselective membrane covering both the anode and cathode of the microcell.
FIG. 43 is a cross-sectional view of a double isolation design using a permselective membrane covering both the anode and cathode of the microcell, and a porous, conductive internal separator.
FIG. 44 is a cross-sectional view of a dual isolation design using a permselective membrane covering both the anode and cathode of the microcell, and a reforming catalyst on the inner wall of the internal separator.
FIG. 45 is a schematic process diagram of a solution impregnation system for immersing membrane fibers in Nafion or an electrocatalyst.
FIG. 46 is a front view of a metal fiber having a polymer compound on the outer surface.
FIG. 47 shows fibers coated with pyrolyzed carbon on the outer surface after the pyrolysis of FIG. 46.
FIG. 48 shows a fibrous carbon current collector beside a coated metal fiber.
FIG. 49 shows a fiber assembly cut from the coated metal fibers of FIG. 48.
FIG. 50 shows a cross section of a hollow fiber and a microcell tube bundle. Here, flat hollow fiber elements are used to carry water from the assembly.
FIG. 51 shows a vertical, upward expansion of a microcell bundle arranged so that water drained from the module flows to the lower plenum space for removal.

Claims (247)

各マイクロセルが内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に含まれる電解質、外部電極で構成されるマイクロセルアセンブリであって、並列に配置され、実質的に平面の構成と内部連結した多数のマイクロセル繊維で構成される、第1のマイクロセルのシート膜を含む最初のセルと、第1のシート膜の最初の末端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第1のシートの上にかぶせられた外側の電流コレクタである第2のシートと、第1のシートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第2の端に突き出た各電流コレクタで構成される上述のアセンブリ、最初のセルを、絶縁シートの上に重なったさらなるセルと電気的に分離するための絶縁シート、また、並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した多数のマイクロセル繊維から成る第1のマイクロセルシートと、最初のシートの第2の端に隣接した、第2のシートの一端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および最初のシートの上に重なった外側電流コレクタの第2のシートと、第1のシートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側に突き出た各電流コレクタを含む第2のセルで構成され、ここで最初のセルの内側電流コレクタが第2のセルの外側電流コレクタと並べられ、電気的に接触して、同時に連続接続を形成するマイクロセルアセンブリ。A microcell assembly in which each microcell is composed of an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, an electrolyte contained in the pores of the microporous membrane separator, and an external electrode, which are arranged in parallel. A first cell comprising a sheet membrane of a first microcell, comprising a plurality of microcell fibers interconnected with a substantially planar configuration, and an axial direction from an initial end of the first sheet membrane. Contacting at least one microcell fiber of the first sheet with an inner current collector of the aforementioned microcell fibers protruding, and a second sheet that is an outer current collector overlaid on the first sheet; An assembly as described above, comprising each current collector protruding at a second end opposite the first sheet, for electrically isolating the first cell from further cells overlying the insulating sheet. The edge sheet also includes a first microcell sheet comprising a plurality of microcell fibers arranged in parallel and interconnected in a substantially planar configuration, and a second microcell sheet adjacent a second end of the first sheet. The inner current collector of microcell fibers described above projecting axially from one end of the sheet, and a second sheet of outer current collector overlying the first sheet, and at least one microcell fiber of the first sheet. A second cell comprising each current collector in contact and protruding on the opposite side of the first sheet, wherein the inner current collector of the first cell is aligned with the outer current collector of the second cell and electrically A microcell assembly that contacts and simultaneously forms a continuous connection. はんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合によってコレクタを内部連結した、請求項1記載のマイクロセルアセンブリ。The microcell assembly of claim 1, wherein the collectors are interconnected by soldering, brazing, welding, conductive bonding, or fusion bonding. 交互に配置された上述の第1および第2のセルを複数含む、多数のセル構造で構成され、隣接した各セルが対応して連続接続される、請求項1記載のマイクロセルアセンブリ。The microcell assembly according to claim 1, wherein the microcell assembly includes a plurality of cell structures including a plurality of the first and second cells alternately arranged, and adjacent cells are connected in a corresponding manner. 連続したセルが反対側の各末端に取り付けられ、マイクロセルのシェル側および孔側を密閉する、請求項1記載のマイクロセルアセンブリ。The microcell assembly of claim 1, wherein successive cells are attached to opposite ends, sealing the shell side and the pore side of the microcell. 多孔性の平面要素を含むガス供給チャンバー、および請求項1のように、多孔性の平面要素に配置され、その各末端が、密閉面がその周囲で隣接するように容器に結合している場合に、シェルおよび管の構造配置を形成するそれぞれの密閉面を形成する結合材で取り付けられ、孔の開いた平面要素が結合材の中間に配置される、マイクロセルアセンブリで構成されるマイクロセルモジュール。A gas supply chamber comprising a porous planar element, and, as in claim 1, arranged in the porous planar element, each end of which is connected to the container such that the sealing surface is adjacent therearound. A microcell module comprising a microcell assembly, wherein the microcell module is mounted with a binder forming respective sealing surfaces forming a structural arrangement of the shell and the tube, and a perforated planar element is disposed in the middle of the binder. . 上述のシェルおよび管の構造配置に外接円で囲まれた、請求項5記載のマイクロセルモジュール。6. The microcell module according to claim 5, wherein said shell and tube structural arrangement is circumscribed by a circle. 並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される、第1のマイクロセルシートを含むシートアセンブリと、第1のシートの最初の端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第1のシートの上に重ねられた第2のシートの外側電流コレクタと、少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第2の端に突き出た各電流コレクタから成るマイクロセルの下部構造の束であり;ここでは、シートアセンブリを軸方向に回転して円筒状の予備成型物とし、この外側の円筒表面に多孔性の絶縁体を巻き付けることで、下部構造の束が形成され、円筒状の予備成型物のそれぞれの末端で結合することで、上述の下部構造の束が生じ;また、第1および第2のシート要素がセルを形成するマイクロセルの下部構造の束。A sheet assembly comprising a first microcell sheet, comprising a plurality of microcell fibers arranged in parallel and interconnected in a substantially planar configuration; and projecting axially from a first end of the first sheet. An inner current collector of the microcell fibers described above, and an outer current collector of a second sheet overlaid on the first sheet; and at least one microcell fiber in contact with the opposite side of the first sheet; 2 is a bundle of substructures of microcells consisting of each current collector protruding at two ends; here, the sheet assembly is axially rotated into a cylindrical preform, with a porous surface on the outer cylindrical surface. The winding of the insulator forms a bundle of substructures, and joining at each end of the cylindrical preform results in the bundle of substructures described above; Bundle of substructures microcells sheet element forms a cell. さらに結合端の間でその全長の中間に孔があり、それ以外の結合端の外側には孔が開いていない中央の管を加えた、請求項7記載のマイクロセルの下部構造の束。8. The bundle of substructures of microcells according to claim 7, further comprising a central tube having a hole in the middle of the entire length between the connection ends, and a non-perforated center tube outside the other connection ends. 上述のシートアセンブリが、さらに第2のシートの上に重なった多孔性の絶縁シート、および並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される第3のシート要素と、上述の第3のシートの最初の一端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第3のシート要素の上に重なった第4のシート繊維の外側電流コレクタと、第3シートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、第4のシートの反対側、第2の端に突き出た各電流コレクタで構成される、請求項7のマイクロセルの下部構造の束であり;ここでは、一般に、第1および第3のシート要素の電流コレクタが互いに各末端で長さが同一の広がりを持っており、第2および第4のシート要素の電流コレクタが互いに各末端で長さが同一の広がりを持っており;また、上述の第2および第3のシート要素の電流コレクタは各末端で電気的に接続されており、上述の第3および第4のシート要素が第2のセルを形成しているマイクロセルの下部構造の束。A sheet assembly as described above further comprising a porous insulating sheet overlying the second sheet, and a third plurality of microcell fibers arranged in parallel and interconnected in a substantially planar configuration. A sheet element, an inner current collector of the microcell fibers protruding axially from a first end of the third sheet, and an outer current collector of a fourth sheet fiber overlying the third sheet element; And a current collector in contact with at least one microcell fiber of the third sheet and projecting from the second sheet opposite the second end. Where generally the current collectors of the first and third sheet elements are coextensive in length at each end with respect to each other, and the current collectors of the second and fourth sheet elements are The current collectors of the above-mentioned second and third sheet elements are electrically connected at each end, and the above-mentioned third and fourth Bundle of substructures of microcells, wherein the sheet elements form a second cell. 複数のセルを形成する多数のマイクロセルの繊維シートで構成される、請求項7記載のマイクロセルの下部構造の束。8. The bundle of substructures of microcells according to claim 7, comprising a plurality of microcell fiber sheets forming a plurality of cells. 請求項7記載のマイクロセルの下部構造の束で、これがセルの多様性を形成する第1および第2のシート要素の繰り返し配列を構成し;またここでは、各セルが、多孔性の絶縁シート要素によって隣接するセルと分離しているマイクロセルの下部構造の束。8. A bundle of microcell substructures according to claim 7, comprising a repeating arrangement of first and second sheet elements forming a diversity of cells; and wherein each cell is a porous insulating sheet. Bundle of substructures of microcells separated from adjacent cells by elements. 請求項7に記載のように、少なくとも2つの下部構造の束を持ち、連続接続されたアセンブリ。An assembly having a bundle of at least two substructures and connected in series, as claimed in claim 7. 請求項11に記載のように、連続したマイクロセルの下部構造の束で構成されるマイクロセルであって、陽極から陰極の配置で連続接続し、細長くしたマイクロセル。12. A microcell comprising a bundle of substructures of continuous microcells as claimed in claim 11, wherein the microcells are continuously connected in an anode to cathode arrangement and elongated. 請求項に13記載のように、接続が一体の蝶番で構成されるマイクロセル。14. A microcell as claimed in claim 13, wherein the connection comprises an integral hinge. 接続がはんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合で構成される、請求項13記載のマイクロセル。14. The microcell of claim 13, wherein the connection comprises soldering, brazing, welding, conductive bonding, or fusion bonding. 請求項11に記載のように、連続したマイクロセルの下部構造の束で構成され、陽極から陰極という配置で連続接続されたマイクロセルであり;この束では、コンポーネントの下部構造の束が互いに連続して隣り合って並列に配置され、その束の軸方向の寸法は、束の各下部構造の軸の寸法と実質的に等しくなるマイクロセル。12. Microcells comprising a substructure bundle of continuous microcells and connected in an anode-to-cathode arrangement as claimed in claim 11, wherein the substructure bundles of components are connected to one another. Microcells that are arranged side by side next to each other and the axial dimension of the bundle is substantially equal to the axial dimension of each substructure of the bundle. 束がそれぞれの末端で結合した、請求項16記載のマイクロセル。17. The microcell of claim 16, wherein the bundle is attached at each end. 請求項11に記載のように、複数のマイクロセルの下部構造の束で構成されたマイクロセルが隣り合って配置され、この隣接した下部構造の束の電極が、陽極から陰極に電気的に内部連結され、マイクロセルがそれぞれの末端で結合されたマイクロセル。Microcells comprising a bundle of substructures of a plurality of microcells are arranged adjacent to each other, wherein the electrodes of the bundle of adjacent substructures are electrically connected from the anode to the cathode. Microcells that are linked and have microcells joined at each end. 各下部構造の束が、結合端の間でその全長の中間、またそうでなければ結合端の中間の外側に孔を開けた中央の管で構成される、請求項18記載のマイクロセル。19. The microcell of claim 18, wherein each substructure bundle is comprised of a central tube perforated outside its mid-length between the coupling ends, or otherwise intermediate the coupling ends. さらに複数の各下部構造の中央管と結合して燃料を送る、多様な燃料分配系で構成される、請求項19記載のマイクロセル。20. The microcell of claim 19, further comprising a variety of fuel distribution systems coupled with and delivering fuel to the central tube of each of the plurality of substructures. 結合端がそれぞれの管シートを規定し、各巻シートの外周が密閉できる、請求項11記載のマイクロセル。The microcell of claim 11, wherein the coupling end defines each tube sheet, and the outer periphery of each wound sheet can be sealed. 請求項21に記載のように、複数のマイクロセル下部構造束が取り付けられた容器で構成されるマイクロセルモジュールであり;ここでは、容器が各末端プレートで束ねられた内部容積、それぞれが対応する下部構造の束と対に密閉してはめ込むことができる開口部のある各末端プレートで構成され、また、それぞれの末端プレートの対応する末端プレート開口部が互いに同軸で位置が合わせてあり、第1の末端容積を含む上述の容器が容器の一端で末端プレートにより束ねられ、他の容器の末端で末端プレートにより束ねられた第2の末端容積、上述の下部構造の束に燃料を運ぶために配置された送管、内部容積から使用済み燃料を排出する排出口を持ち、上述の容器が選択的に開口し、上述の末端容積の少なくとも1つで末端プレートを露出し、上述の末端プレートが結合した下部構造の束にアクセスでき、ここで排出を行い、代わりの下部構造の束を取り付けられ;ここでは、上述の容器の上述の下部構造の束が互いに連続接続し、容器の外部に漏れないようにしっかりと端子を接続しているマイクロセルモジュール。22. A microcell module comprising a container to which a plurality of microcell substructure bundles are attached, as claimed in claim 21, wherein the containers correspond to the internal volumes each bundled at each end plate. A first end plate having an opening that can be hermetically fitted into the substructure bundle and the corresponding end plate opening of each end plate being coaxially aligned with each other; A second end volume bound by an end plate at one end of the container and arranged to carry fuel to the bundle of the substructure described above, bundled by an end plate at the other end of the container.送, having an outlet for discharging spent fuel from the interior volume, wherein the container is selectively open and the end plate is closed with at least one of the end volumes described above. Access and access to the bundle of substructures to which the above-mentioned endplates are connected, where the drainage takes place and an alternative bundle of substructures is attached; The micro cell module that connects the terminals firmly so that it does not leak out of the container. さらに上述の送管と結合し、燃料を送れるように複数の各下部構造の中央管と結合した、多様な燃料分配系で構成される、請求項22記載のマイクロセル。23. The microcell of claim 22, further comprising a multiplicity of fuel distribution systems coupled to the conduit and coupled to a central tube of each of the plurality of substructures to deliver fuel. ここでは、送管が末端容積の一端よりも長く、内容積とともに閉じたガスの流れにつながっている、請求項22記載のマイクロセルモジュール。23. The microcell module according to claim 22, wherein the conduit is longer than one end of the terminal volume and leads to a closed gas flow with the internal volume. それぞれの末端プレートが取り付けられているが、下部構造の束は完全に相補的になった場合よりも少なく、下部構造の束が取り付けられていない末端プレートの開口部が、ここでそれぞれの末端プレートの対応する開口部で、閉塞したプレートと漏れないようにしっかり密閉されている、請求項22記載のマイクロセルモジュール。Each end plate is attached, but the bundle of substructures is less than if they were completely complementary, and the openings in the end plates without the substructure bundles are now 23. The microcell module according to claim 22, wherein the corresponding opening of the microcell module is tightly sealed so as not to leak from the closed plate. 電気化学的セル装置を作る方法であって、第1のシートと隣合って並列に配置されたマイクロセル要素の第1のシートを含む、シートの層状構造、および第2のシートの外部電流コレクタ要素と間隔をおいて並列に配置された第2のシートを形成すること、上述の外部電流コレクタが第1つのシートの端よりも長くなり、上述の繊維状マイクロセル要素の内側電流コレクタが第2のシートの反対端よりも長くなるように、相互に縦方向に相殺するような関係で第1および第2のシートを対にすること、対応する第1および第2のシートの対応する層を第1および第2のシートの最初の層に加え、それぞれの層の間に多孔性の絶縁シートを配置して複数層の構造を形成すること、上述の複数層の構造を事前に規定した下部構造層の形に成形し、さらにこれを結合して永久的な形を形成し、この際に上述の永久的な形で内側および外側電流コレクタの局在構造を作ること、対応する様式で複数の下部構造の束を加工すること、上述の下部構造の束を連続接続し、下部構造の束の連続した配置を形成すること、および連続接続した下部構造の束を成形して束状のアセンブリを形成することを含んで成る方法。A method of making an electrochemical cell device, comprising a first sheet of microcell elements arranged adjacent and in parallel with a first sheet, a layered structure of the sheet, and an external current collector of a second sheet Forming a second sheet spaced in parallel with the element, wherein the external current collector is longer than the edge of the first sheet, and the inner current collector of the fibrous microcell element is the second current collector; Pairing the first and second sheets in a longitudinally offset relationship to each other so as to be longer than the opposite end of the second sheet, the corresponding layers of the corresponding first and second sheets Was added to the first layers of the first and second sheets, and a porous insulating sheet was disposed between each layer to form a multi-layer structure. The above-described multi-layer structure was defined in advance. Molded into the shape of the lower structure layer, Combine them to form a permanent shape, in which case the localization of the inner and outer current collectors in the above-mentioned permanent shape is made, and a plurality of substructure bundles are processed in a corresponding manner Connecting the above-described substructure bundles to form a continuous arrangement of the substructure bundles; and forming the continuously connected substructure bundles to form a bundle-like assembly. How to become. マイクロセルアセンブリを加工する方法であって、並列に配置され、実質的に平面の配置で内部連結された複数の繊維状マイクロセル要素で構成される、第1のマイクロセルシートと、第1のシート要素の最初の端から軸方向に突き出た上述の繊維状マイクロセル要素の内部電流コレクタ、および第1のシート要素の上に重ねられた外部電流コレクタの第2のシート要素を含む第1層を形成し、各電流コレクタを第1のシートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第2の端に突き出た各電流コレクタを配置すること、上述の第1の層に絶縁シートを配置すること、並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した多数の繊維状マイクロセル要素で構成される第1のマイクロセルシートと、第1のシートの最初の端から軸方向に突き出た上述の繊維状マイクロセル要素の内側電流コレクタ、および最初のシート要素の上に重ねられた外側電流コレクタの第2のシート要素を含む第2の層を形成し、第1のシートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第2の端よりも突き出た各電流コレクタを配置すること、および最初の層の内側電流コレクタと第2層の外側電流コレクタを電気的に接続し、加えて連続接続を形成することを含んで成る方法。A method of processing a microcell assembly, comprising: a first microcell sheet comprising a plurality of fibrous microcell elements arranged in parallel and interconnected in a substantially planar arrangement; A first layer including the internal current collector of the above-described fibrous microcell element protruding axially from a first end of the sheet element, and a second sheet element of an external current collector overlaid on the first sheet element Contacting each current collector with at least one microcell fiber of the first sheet, and disposing each current collector protruding at a second end opposite the first sheet; Disposing an insulating sheet in a layer, a first microcell sheet comprising a number of fibrous microcell elements arranged in parallel and interconnected in a substantially planar configuration; and a first sheet. Forming a second layer including the inner current collector of the above-described fibrous microcell element protruding axially from the first end, and the second sheet element of the outer current collector overlying the first sheet element; Placing each current collector in contact with at least one microcell fiber of the first sheet and opposite the first sheet and protruding beyond the second end; and an inner current collector and a second layer of the first layer. Electrically connecting the outer current collectors of the layers and additionally forming a continuous connection. はんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合によって電流コレクタを内部連結する、請求項27記載の方法。28. The method of claim 27, wherein the current collector is interconnected by soldering, brazing, welding, conductive bonding, or fusion bonding. 上述の多様な第1層および第2層を交互に配置したアセンブリを形成し、連続した層を交互に連続して電気的に内部接続させる、請求項27記載の方法。28. The method of claim 27, wherein said assembling an alternating first and second layer assembly is formed, and successive layers are alternately and successively electrically interconnected. さらに、マイクロセルアセンブリを結合して、繊維状マイクロセル要素のシェル側と孔側を互いに密閉させる、請求項27記載の方法。28. The method of claim 27, further comprising coupling the microcell assembly to seal the shell side and the pore side of the fibrous microcell element together. マイクロセルモジュールを加工する方法であって、多孔性の平面要素を含むガス供給チャンバーを作ること、および孔の開いたプレート要素に、複数の繊維状マイクロセル要素およびマイクロセルの多様性を規定する関連の外側電流コレクタから成るマイクロセルアセンブリを配置し、各密閉面を形成する結合要素により、マイクロセルアセンブリのそれぞれの末端を結合し、密閉面の周辺を隣接して容器に配置した場合、各密閉面でシェルおよび管構造の配置を形成し、ここで孔の開いたプレート要素を結合面の中間に配置することを含んで成る方法。A method of processing a microcell module, comprising creating a gas supply chamber including a porous planar element, and defining a plurality of fibrous microcell elements and microcell diversity in a perforated plate element. When a microcell assembly consisting of an associated outer current collector is arranged, and the respective ends of the microcell assembly are joined by coupling elements forming each sealing surface, and the periphery of the sealing surface is placed adjacent to the container, A method comprising forming an arrangement of shell and tube structures on a sealing surface, wherein a perforated plate element is disposed intermediate the coupling surface. 容器のマイクロセルモジュールを外接円で囲い、上述のシェルおよび管構造配置を形成する、請求項31記載の方法。32. The method of claim 31, wherein the microcell module of the container is circumscribed to form the shell and tube structure arrangement described above. マイクロセルの下部構造の束を加工する方法であって、並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される、第1のマイクロセルシートを含むシートアセンブリと、第1のシートの最初の端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第1のシートの上に重ねられた第2のシートの外側電流コレクタと、第1のシートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第2の端に突き出た各電流コレクタを形成すること、シートアセンブリを軸方向に回転して円筒状の予備成型物とし、この外側の円筒状の予備成型物表面に多孔性の絶縁体を巻き付けること、および円筒状の予備成型物のそれぞれの末端で結合して上述の下部構造の束を形成することを含んで成る方法であって、ここでは第1および第2のシート要素によりセルを形成させる方法。A method for processing a bundle of substructures of microcells, comprising a first microcell sheet comprising a plurality of microcell fibers arranged in parallel and interconnected in a substantially planar configuration. An inner current collector of the microcell fibers protruding axially from a first end of the first sheet, and an outer current collector of a second sheet overlaid on the first sheet; Forming respective current collectors in contact with at least one microcell fiber of the sheet and protruding from a second end opposite to the first sheet; axially rotating the sheet assembly into a cylindrical preform; Wrapping a porous insulator over the outer cylindrical preform surface, and bonding at each end of the cylindrical preform to form the above-described substructure bundle. A method comprising, wherein the method of forming the cell by first and second sheet elements. シートアセンブリを、結合端の間で全長の中央に孔を開け、結合端の外側では孔がない中央の管に巻き付ける、請求項33記載の方法。34. The method of claim 33, wherein the sheet assembly is pierced in the middle of the entire length between the coupling ends and wrapped around a central tube having no holes outside the coupling ends. さらに、第2のシートの上に重なった多孔性の絶縁シート、および並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される第3のシート要素と、上述の第3のシートの最初の一端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第3のシート要素の上に重なった第4のシート要素である外側電流コレクタ、さらに第3シートの少なくとも1つのマイクロセル繊維に接触し、第4のシートの反対側、第2の端に突き出た第3シートの各電流コレクタを加工し、ここで、一般に、第1および第3のシート要素の電流コレクタを互いに各末端で長さが同一の広がりを持ち、第2および第4のシート要素の電流コレクタが互いに各末端で長さが同一の広がりを持つように、また、上述の第2および第3のシート要素の電流コレクタが各末端で電気的に接続し、上述の第3および第4のシート要素で第2のセルを形成させる、請求項34記載の方法。A porous insulating sheet overlying the second sheet, and a third sheet element comprising a plurality of microcell fibers arranged in parallel and interconnected in a substantially planar configuration; An inner current collector of the microcell fiber protruding axially from the first end of the third sheet element of the above, and an outer current collector being a fourth sheet element overlying the third sheet element; Processing each current collector of a third sheet that contacts at least one microcell fiber of the sheet and protrudes at an opposite, second end of the fourth sheet, wherein generally the first and third sheets are processed. The current collectors of the elements are coextensive in length at each end with respect to each other, the current collectors of the second and fourth sheet elements are coextensive in length at each end with each other, and And a current collector of the third sheet element is electrically connected at each end to form a second cell in the third and fourth sheet elements described above, the method of claim 34, wherein. マイクロセルの下部構造の束と複数のセルを形成する多数のマイクロセルの繊維シートを加工する、請求項34記載の方法。35. The method of claim 34, wherein a plurality of microcellular fiber sheets forming a plurality of cells with a bundle of microcellular substructures are processed. セルの多様性を形成する第1および第2のシート要素の繰り返し配列を加工し、連続したセルの間に多孔性の絶縁シートを配置する、請求項34記載の方法。35. The method of claim 34, wherein the repeating arrangement of the first and second sheet elements forming the cell diversity is processed and a porous insulating sheet is disposed between successive cells. 2つ以上の下部構造の束を連続して電気的に接続する、請求項34記載の方法。35. The method of claim 34, wherein the two or more substructure bundles are electrically connected in series. 上述の2つ以上の下部構造の束を陽極から陰極に配置して連続接続し、細長くする、請求項38記載の方法。39. The method of claim 38, wherein said two or more substructure bundles are arranged in an anode-to-cathode manner and are connected and elongated. 上述の2つ以上の下部構造の束を連続接続する段階を、一体の蝶番で構成されるコネクタにより、下部構造の束を連続して内部接続することで行う、請求項38記載の方法。39. The method of claim 38, wherein the step of serially connecting the two or more undercarriage bundles is performed by successively interconnecting the undercarriage bundles with an integral hinged connector. 上述の2つ以上の下部構造の束を連続接続する段階を、はんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合によって行う、請求項38記載の方法。39. The method of claim 38, wherein the step of serially connecting the two or more substructure bundles is performed by soldering, brazing, welding, conductive bonding, or fusion bonding. 連続したマイクロセルの下部構造の束で構成されるマイクロセルを製造する方法であって、陽極および陰極の構造を持った複数のマイクロセルの下部構造を加工し、上述の下部構造の束を連続した束が互いに隣り合うように並列に配置し、それによって上述の下部構造の束を形成し、下部構造の束を連続して電気的に内部連結する方法。A method of manufacturing a microcell composed of a bundle of substructures of continuous microcells, wherein the substructure of a plurality of microcells having an anode and a cathode structure is processed, and the bundle of substructures described above is continuously processed. A plurality of bundles arranged side by side so as to be adjacent to each other, thereby forming a bundle of the substructure described above, and continuously and electrically interconnecting the bundles of the substructure. さらに、それぞれの末端に束を取り付ける、請求項42記載の方法。43. The method of claim 42, further comprising attaching a bundle to each end. 半透性のイオン交換膜、および選択透過ポリマーあるいはイオン交換ポリマーのシェル側あるいは孔側でコーティングした多孔質膜などのグループから選択した素材で膜隔離板を加工する、請求項1記載のマイクロセルアセンブリ。The microcell according to claim 1, wherein the membrane separator is made of a material selected from the group consisting of a semipermeable ion exchange membrane and a porous membrane coated on the shell side or pore side of the permselective polymer or the ion exchange polymer. assembly. 上述の繊維状マイクロセル要素が多孔性の膜隔離板から成り、半透性のイオン交換膜、および選択透過ポリマーあるいはイオン交換ポリマーのシェル側あるいは孔側でコーティングした多孔質膜などのグループから選択した素材で膜隔離板を加工する、請求項27記載の方法。The above-mentioned fibrous microcell element is composed of a porous membrane separator, and is selected from a group including a semipermeable ion exchange membrane, and a porous membrane coated with a permselective polymer or an ion exchange polymer on a shell side or a pore side. 28. The method according to claim 27, wherein the membrane separator is processed from the prepared material. 内表面でコーティング、含侵、押出された多孔性の膜隔離板に囲まれた、少なくとも1つの伝導性の繊維状要素で、その最初の電気触媒層が伝導性の水素あるいは酸素の選択透過膜であり、多孔性の膜隔離板の孔に配置された電解質、中央に内腔を持ち、そこに少なくとも1つの伝導性の繊維状要素および内腔に燃料を流す中間容積を含む上述の構造、および外表面にあり、電気触媒と少なくとも1つの伝導性繊維に接触した上述の多孔質膜を持つ、繊維状マイクロセル構造。At least one conductive fibrous element surrounded by a coated, impregnated and extruded porous membrane separator on the inner surface, the first electrocatalytic layer of which is a conductive hydrogen or oxygen selective permeable membrane An electrolyte disposed in a hole in a porous membrane separator, a structure having a central lumen therein and comprising at least one conductive fibrous element therein and an intermediate volume for flowing fuel into the lumen; And a fibrous microcell structure having a porous membrane as described above on the outer surface and in contact with the electrocatalyst and at least one conductive fiber. 多孔性の膜隔離板の外表面がコーティング、含侵、あるいは押出され、その上に第2の電気触媒層を押し出した、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure according to claim 46, wherein the outer surface of the porous membrane separator is coated, impregnated, or extruded, onto which a second electrocatalytic layer has been extruded. 電気触媒層が電気触媒と、少なくとも1つの伝導性素材および疎水性素材の組み合わせで構成される、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure according to claim 46, wherein the electrocatalyst layer comprises an electrocatalyst and at least one combination of a conductive material and a hydrophobic material. 外径が約100ミクロンから約10ミリメーターである、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure of claim 46, wherein the outer diameter is between about 100 microns and about 10 millimeters. 無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を多孔性の膜隔離板に塗布する、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure of claim 46, wherein the permselective membrane is applied to the porous membrane separator by a method selected from the group of electroless plating, electrochemical deposition, extrusion, deposition, solution deposition, and the like. 選択透過膜が金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択された素材から成る、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure according to claim 46, wherein the permselective membrane comprises a material selected from the group of metals and conductive polymeric materials. 選択透過膜がパラジウムから成る、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure according to claim 46, wherein the permselective membrane comprises palladium. 疎水性素材がフッ素重合体から成る、請求項46記載の繊維状マイクロセル構造。47. The fibrous microcell structure according to claim 46, wherein the hydrophobic material comprises a fluoropolymer. 疎水性素材がポリテトラフルオロエチレンから成る、請求項53記載の繊維状マイクロセル構造。54. The fibrous microcell structure according to claim 53, wherein the hydrophobic material comprises polytetrafluoroethylene. 内側の多孔性の膜隔離板が中央の内腔に固定され、内表面がコーティング、含侵、押出され、この表面に水素あるいは酸素の選択透過膜があり、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維が内部構造を形成し、内部の構造を外部の多孔性膜隔離板が囲い、第2の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維を持ち、外側の多孔性の膜隔離板の孔に配置された電解質を持った、繊維状マイクロセル構造。An inner porous membrane separator is fixed in the central lumen, the inner surface is coated, impregnated and extruded, with a hydrogen or oxygen permselective membrane on the surface, the first electrocatalyst material and the outer surface The contacted at least one conductive fiber forms an internal structure, the internal structure is surrounded by an outer porous membrane separator, and at least contacts the second electrocatalyst material and an outer surface of the outer porous membrane separator. A fibrous microcell structure having one conductive fiber and electrolyte disposed in the pores of the outer porous membrane separator. 水素あるいは酸素の選択透過膜がセルロースエステル、ポリイミド、ポリスルホン、パラジウムのグループから選択された素材で形成される、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure according to claim 55, wherein the hydrogen or oxygen selective permeable membrane is formed of a material selected from the group consisting of cellulose ester, polyimide, polysulfone, and palladium. 最初の電気触媒素材を、内部の多孔性膜隔離板の外表面にコーティング、含侵、押出する、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure of claim 55, wherein the first electrocatalytic material is coated, impregnated, and extruded on the outer surface of the inner porous membrane separator. 第2の電気触媒素材を、外側の多孔性膜隔離板の外表面にコーティング、含侵、押出する、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure of claim 55, wherein the second electrocatalytic material is coated, impregnated, and extruded on the outer surface of the outer porous membrane separator. 第1および第2の電気触媒層の少なくとも1つが電気触媒と伝導性素材および疎水性素材の組み合わせで構成される、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure according to claim 55, wherein at least one of the first and second electrocatalyst layers is composed of a combination of an electrocatalyst, a conductive material, and a hydrophobic material. 外径が約100ミクロンから約10ミリメーターである、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure of claim 55, wherein the outer diameter is between about 100 microns and about 10 millimeters. 無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を内部の多孔性膜隔離板に塗布する、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure of claim 55, wherein the permselective membrane is applied to the internal porous membrane separator by a method selected from the group of electroless plating, electrochemical deposition, extrusion, deposition, solution deposition, and the like. . 選択透過膜が金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択される素材から成る、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure according to claim 55, wherein the permselective membrane comprises a material selected from the group of metals and conductive polymeric materials. 選択透過膜がパラジウムから成る、請求項55記載の繊維状マイクロセル構造。56. The fibrous microcell structure according to claim 55, wherein the permselective membrane comprises palladium. 疎水性素材がフッ素重合体から成る、請求項59記載の繊維状マイクロセル構造。The fibrous microcell structure according to claim 59, wherein the hydrophobic material comprises a fluoropolymer. 疎水性素材がポリテトラフルオロエチレンから成る、請求項64記載の繊維状マイクロセル構造。65. The fibrous microcell structure according to claim 64, wherein the hydrophobic material comprises polytetrafluoroethylene. 第2の電気触媒素材に伝導性の水素あるいは酸素の選択透過膜をのせた、請求項58記載の繊維状マイクロセル構造。59. The fibrous microcell structure according to claim 58, wherein a conductive hydrogen or oxygen selective permeable membrane is placed on the second electrocatalyst material. 内側の膜隔離板が伝導性である、請求項66記載の繊維状マイクロセル構造。67. The fibrous microcell structure of claim 66, wherein the inner membrane separator is conductive. 電流コレクタ繊維のない、請求項67記載の繊維状マイクロセル構造。68. The fibrous microcell structure of claim 67, wherein there is no current collector fiber. 内側の多孔性の膜隔離板が中央の内腔に固定され、内表面でコーティング、含侵、押出され、この表面に改質触媒をのせ、その外表面に水素あるいは酸素の選択透過膜を持ち、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維が内部構造を形成し、内部の構造を外部の多孔性の膜隔離板が囲い、第2の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維を持ち、外側の多孔性の膜隔離板の孔に配置された電解質がある、繊維状マイクロセル構造。An inner porous membrane separator is fixed in the central lumen, coated, impregnated and extruded on the inner surface, on which a reforming catalyst is placed and which has a permselective membrane for hydrogen or oxygen on its outer surface. The first electrocatalyst material and at least one conductive fiber in contact with the outer surface form an inner structure, the inner structure is surrounded by an outer porous membrane separator, and the second electrocatalyst material and the outer porous A fibrous microcell structure having at least one conductive fiber in contact with the outer surface of the permeable membrane separator and having electrolyte disposed in pores of the outer porous membrane separator. 改質触媒が金属酸化物から成る、請求項69記載の繊維状マイクロセル構造。70. The fibrous microcell structure according to claim 69, wherein the reforming catalyst comprises a metal oxide. 改質触媒が酸化銅、酸化亜鉛、その混合物などのグループから選択された金属酸化物から成る、請求項69記載の繊維状マイクロセル構造。70. The fibrous microcell structure according to claim 69, wherein the reforming catalyst comprises a metal oxide selected from the group of copper oxide, zinc oxide, mixtures thereof, and the like. 改質触媒がCOをCOに変化させる触媒効果を持った、請求項69記載の繊維状マイクロセル構造。Reforming catalyst having a catalytic effect of changing the CO to CO 2, fibrous microcell structure according to claim 69. 多孔性の膜隔離板がガラス、セラミック、高分子素材などのグループから選択された素材で形成される、請求項69記載の繊維状マイクロセル構造。70. The fibrous microcell structure according to claim 69, wherein the porous membrane separator is formed from a material selected from the group consisting of glass, ceramic, polymer material, and the like. 請求項46に記載のように、少なくとも1つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。49. An electrochemical device comprising at least one fibrous microcell structure as described in claim 46. 請求項55に記載のように、少なくとも1つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。56. An electrochemical device comprising at least one fibrous microcell structure as described in claim 55. 請求項56に記載のように、少なくとも1つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。57. An electrochemical device comprising at least one fibrous microcell structure as described in claim 56. 請求項57に記載のように、少なくとも1つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。58. An electrochemical device comprising at least one fibrous microcell structure as defined in claim 57. 繊維状マイクロセル構造の作成方法であって、少なくとも1つの伝導性の繊維状要素を多孔性の膜隔離板で囲む段階、第1の電気触媒層を多孔性の膜隔離板の内表面でコーティング、含侵、押出する段階、第1の電気触媒層に伝導性の水素および酸素の選択透過膜を形成する段階、多孔性の膜隔離板の孔に電解質を配置する段階であり、上述の段階を実施して、上述の構造が中央の内腔を含み、そこに上述の伝導性の繊維要素を少なくとも1つ、および内腔に燃料を流すことのできる内部容積を含むようにし、上述の多孔性の膜隔離板の外表面に電気触媒と少なくとも1つの伝導性繊維を配置する段階を含む方法。A method of making a fibrous microcell structure, comprising surrounding at least one conductive fibrous element with a porous membrane separator, and coating a first electrocatalytic layer with an inner surface of the porous membrane separator. Impregnating and extruding; forming a selectively permeable membrane of conductive hydrogen and oxygen in the first electrocatalyst layer; and disposing an electrolyte in the pores of the porous membrane separator. Wherein said structure includes a central lumen, at least one of said conductive fiber elements therein, and an internal volume through which fuel can flow through the lumen, Disposing an electrocatalyst and at least one conductive fiber on an outer surface of a permeable membrane separator. 多孔性の膜隔離板の外表面に、第2の電気触媒層をコーティング、含侵し、押出する、請求項78記載の方法。79. The method of claim 78, wherein the outer surface of the porous membrane separator is coated, impregnated and extruded with a second electrocatalytic layer. 電気触媒層を電気触媒と、少なくとも1つの伝導性素材および疎水性素材の組み合わせで構成する、請求項78記載の方法。79. The method of claim 78, wherein the electrocatalyst layer comprises an electrocatalyst and a combination of at least one conductive material and a hydrophobic material. 繊維状マイクロセル構造の外径を約100ミクロンから約10ミリメーターとする、請求項78記載の方法。79. The method of claim 78, wherein the outer diameter of the fibrous microcell structure is from about 100 microns to about 10 millimeters. 無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を多孔性膜隔離板に塗布する、請求項78記載の方法。79. The method of claim 78, wherein the permselective membrane is applied to the porous membrane separator by a method selected from the group of electroless plating, electrochemical deposition, extrusion, deposition, solution deposition, and the like. 選択透過膜を金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択された素材で構成させる、請求項78記載の方法。79. The method of claim 78, wherein the permselective membrane comprises a material selected from the group such as metals and conductive polymeric materials. 選択透過膜をパラジウムで構成させる、請求項87記載の方法。88. The method of claim 87, wherein the permselective membrane comprises palladium. 疎水性素材をフッ素重合体で構成させる、請求項80記載の方法。81. The method of claim 80, wherein the hydrophobic material comprises a fluoropolymer. 疎水性素材をポリテトラフルオロエチレンで構成させる、請求項80記載の方法。81. The method of claim 80, wherein the hydrophobic material comprises polytetrafluoroethylene. 内側の多孔性の膜隔離板を中央の内腔に固定し、その内表面でコーティング、含侵、押出し、この表面を水素あるいは酸素の選択透過膜とし、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維を配置して内部構造を形成し、内部の構造を外部の多孔性の膜隔離板で囲い、第2の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維を置き、多孔性の膜隔離板の孔に電解質を配置して、繊維状マイクロセル構造を作成する方法。The inner porous membrane separator is fixed in the central lumen and its inner surface is coated, impregnated and extruded, making this surface a permselective membrane for hydrogen or oxygen, contacting the first electrocatalyst material and the outer surface The at least one conductive fiber is disposed to form an internal structure, the internal structure is surrounded by an external porous membrane separator, and the second electrocatalyst material and the outer surface of the outer porous membrane separator are A method of forming a fibrous microcell structure by placing at least one conductive fiber in contact and placing an electrolyte in pores of a porous membrane separator. 水素あるいは酸素の選択透過膜をセルロースエステル、ポリイミド、ポリスルホン、パラジウムのグループから選択される素材で形成する、請求項87記載の方法。88. The method according to claim 87, wherein the hydrogen or oxygen selective permeable membrane is formed of a material selected from the group consisting of cellulose ester, polyimide, polysulfone, and palladium. 内部の多孔性膜隔離板の外表面で最初の電気触媒素材をコーティング、含侵、押出する、請求項87記載の方法。91. The method of claim 87, wherein the outer surface of the inner porous membrane separator is coated, impregnated, and extruded with the initial electrocatalytic material. 外部の多孔性膜隔離板の外表面で第2の電気触媒素材をコーティング、含侵、押出する、請求項87記載の方法。90. The method of claim 87, wherein the outer surface of the outer porous membrane separator is coated, impregnated, and extruded with a second electrocatalytic material. 第1および第2の電気触媒層の少なくとも1つを電気触媒と伝導性素材および疎水性素材の少なくとも1つを組み合わせて構成させる、請求項87記載の方法。88. The method of claim 87, wherein at least one of the first and second electrocatalyst layers comprises an electrocatalyst in combination with at least one of a conductive material and a hydrophobic material. 繊維状マイクロセル構造の外径を約100ミクロンから約10ミリメーターの範囲とする、請求項87記載の方法。88. The method of claim 87, wherein the outer diameter of the fibrous microcell structure ranges from about 100 microns to about 10 millimeters. 無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を内側の多孔性膜隔離板に塗布する、請求項87記載の方法。88. The method of claim 87, wherein the permselective membrane is applied to the inner porous membrane separator by a method selected from the group of electroless plating, electrochemical vapor deposition, extrusion, vapor deposition, solution deposition, and the like. 選択透過膜を金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択される素材で構成させる、請求項87記載の方法。90. The method of claim 87, wherein the permselective membrane is comprised of a material selected from the group such as metals and conductive polymeric materials. 選択透過膜をパラジウムで構成させる、請求項87記載の方法。88. The method of claim 87, wherein the permselective membrane comprises palladium. 疎水性素材をフッ素重合体で構成させる、請求項91記載の方法。The method of claim 91, wherein the hydrophobic material comprises a fluoropolymer. 疎水性素材をポリテトラフルオロエチレンで構成させる、請求項91記載の方法。The method of claim 91, wherein the hydrophobic material comprises polytetrafluoroethylene. 第2の電気触媒素材に伝導性の水素あるいは酸素の選択透過膜をのせる、請求項90記載の方法。91. The method of claim 90, wherein the second electrocatalyst material is provided with a conductive hydrogen or oxygen selective permeable membrane. 内側の膜隔離板を伝導性とする、請求項98記載の方法。100. The method of claim 98, wherein the inner membrane separator is conductive. 電流コレクタ繊維を用いない、請求項99記載の方法。100. The method of claim 99, wherein no current collector fibers are used. 繊維状マイクロセル構造を作る方法であって、内側の多孔性の膜隔離板を中央の内腔に固定すること、内表面でコーティング、含侵、押出し、この表面に改質触媒をのせ、その外表面に水素あるいは酸素の選択透過膜を形成し、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維を配置して内部構造を形成すること、内部構造を外部の膜隔離板で囲うこと、第2の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも1つの伝導性繊維を配置すること、外側の多孔性の膜隔離板の孔に電解質を配置することを含んで成る方法。A method for making a fibrous microcell structure, in which an inner porous membrane separator is fixed to a central lumen, coated, impregnated, and extruded on the inner surface, a reforming catalyst is placed on this surface, and the Forming a permselective membrane of hydrogen or oxygen on the outer surface, and arranging the first electrocatalyst material and at least one conductive fiber in contact with the outer surface to form an inner structure; Enclosing, arranging at least one conductive fiber in contact with the second electrocatalyst material and the outer surface of the outer porous membrane separator, and disposing an electrolyte in the pores of the outer porous membrane separator A method comprising: 改質触媒を金属酸化物で構成させる、請求項101記載の方法。102. The method of claim 101, wherein the reforming catalyst comprises a metal oxide. 改質触媒を酸化銅、酸化亜鉛、その混合物などのグループから選択された金属酸化物で構成する、請求項101記載の方法。102. The method of claim 101, wherein the reforming catalyst comprises a metal oxide selected from the group of copper oxide, zinc oxide, mixtures thereof, and the like. 改質触媒がCOをCOに変化させる触媒効果を持つようにする、請求項101記載の方法。Reforming catalyst is to have a catalytic effect of changing the CO to CO 2, claim 101 method described. 多孔性の膜隔離板をガラス、セラミック、高分子素材などのグループから選択された素材で形成させる、請求項101記載の方法。102. The method of claim 101, wherein the porous membrane separator is formed from a material selected from the group consisting of glass, ceramic, polymer material, and the like. 分配して配置した多孔性の膜隔離板の中に、少なくとも1つの電流コレクタを入れたマイクロセル前駆物質の供給、上述の供給からのマイクロセル前駆物質を受け取るように配置された液体と接触するユニットで、この中で分配されたマイクロセル前駆物質が電解質、電気触媒、電気触媒の還元剤、疎水性素材のうち、少なくとも1つと接触するもの、オプションとして液体と接触するユニットからマイクロセルの前駆物質を受け取るように配置された乾燥ユニットでマイクロセルの前駆物質を乾燥させるもの、および液体と接触させ、オプションとして乾燥させた後、前駆体を収集する収集方法から成る加工システム。A supply of microcell precursors containing at least one current collector in a porous membrane separator disposed in contact with a liquid positioned to receive the microcell precursor from the supply described above. A unit in which the microcell precursors distributed therein are in contact with at least one of an electrolyte, an electrocatalyst, a reducing agent of the electrocatalyst, a hydrophobic material, and optionally a microcell precursor from a unit in contact with a liquid. A processing system comprising a drying unit arranged to receive the substance, drying the precursor of the microcell, and a collection method of collecting the precursor after contacting with a liquid and optionally drying. 液体と接触するユニットが、前駆体とイオン交換ポリマー溶液を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system of claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for contacting the precursor with the ion exchange polymer solution. 液体と接触するユニットが、前駆体と電気触媒溶液を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system of claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for contacting the precursor with the electrocatalyst solution. 液体と接触するユニットが、前駆体と電気触媒の還元剤溶液を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system of claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for contacting the precursor with a reducing agent solution of the electrocatalyst. 液体と接触するユニットが、前駆体と電気触媒の白金酸溶液を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system of claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for contacting the precursor with a solution of the electrocatalyst platinate. 液体と接触するユニットが、前駆体と水素化ホウ素ナトリウムから成る電気触媒の還元剤を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system of claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for contacting a precursor and a reducing agent of an electrocatalyst comprising sodium borohydride. 液体と接触するユニットが、前駆体とPTFEエマルジョンから成る疎水性素材を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system of claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for contacting the precursor with a hydrophobic material comprising a PTFE emulsion. 液体と接触するユニットが、前駆体と、電気触媒の炭素粉末、イオン交換ポリマー、疎水性素材から成るインク溶液を接触させる液槽から成る、請求項106記載の加工システム。107. The processing system according to claim 106, wherein the unit in contact with the liquid comprises a liquid tank for bringing the precursor into contact with an ink solution comprising a carbon powder of an electrocatalyst, an ion exchange polymer, and a hydrophobic material. マイクロセル前駆物質の孔に電解質を配置する、前駆物質を乾燥させる、溶液あるいはインクスラリー中の電気触媒素材を前駆物質に塗布する、前駆物質を乾燥させる、電気触媒素材を触媒活性のある形態に還元する段階から成る、繊維状マイクロセルを製造する方法。Placing the electrolyte in the pores of the microcell precursor, drying the precursor, applying the electrocatalyst material in a solution or ink slurry to the precursor, drying the precursor, converting the electrocatalyst material into a catalytically active form A method for producing a fibrous microcell comprising the step of reducing. 電気触媒素材がインクスラリーから成り、このスラリーを押出により前駆物質に塗布する、請求項114記載の方法。115. The method of claim 114, wherein the electrocatalytic material comprises an ink slurry, and the slurry is applied to the precursor by extrusion. マイクロセルの前駆物質を繊維状電流コレクタの鎖を通過させ、気体あるいは液体の凝集剤でホローファイバーの押出成形を行う、孔を形成する管を通過させて形成する、請求項114記載の方法。115. The method of claim 114, wherein the precursor of the microcell is formed by passing it through a chain of fibrous current collectors and through a tube that forms a hole that extrudes a hollow fiber with a gaseous or liquid flocculant. 電流コレクタの繊維あるいは鎖を用いて、この繊維あるいは鎖に多孔性の膜形成素材を塗布し、多孔性の膜形成素材を塗布した繊維あるいは鎖を加工し、ここに孔を形成する段階によって、マイクロセルの前駆物質を形成する、請求項114記載の方法。By using a current collector fiber or chain, applying a porous film forming material to the fiber or chain, processing the fiber or chain coated with the porous film forming material, and forming a hole therein, 115. The method of claim 114, forming a microcell precursor. 多孔性の膜形成素材に、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔を開ける、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein the porous membrane-forming material is perforated suitable for an application selected from the group of ultrafiltration, microfiltration, reverse osmosis, and the like. 多孔性の膜形成素材が高分子素材、ガラス、セラミック、またその組み合わせなどのグループから選択された素材で形成される、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein the porous film-forming material is formed from a material selected from the group consisting of a polymeric material, glass, ceramic, and combinations thereof. 多孔性の膜形成素材に、潤紡および融解紡糸などのグループから選択される方法を応用する、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein a method selected from the group of spinning and melt spinning is applied to the porous film forming material. 多孔性の膜形成素材が、骨格となるコンポーネントおよび浸出物コンポーネントを含むドープで構成され、これが浸出によって剥がれると多孔質膜の孔となる空洞を生じる、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein the porous film-forming material is comprised of a dope that includes a skeletal component and a leachable component, which when peeled away by leaching results in cavities that become pores in the porous film. 多孔性の膜形成素材がドープで構成され、ここで、用いたドープの内表面および外表面の少なくとも一方に凝集剤を塗布する、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein the porous film forming material comprises a dope, wherein a coagulant is applied to at least one of an inner surface and an outer surface of the dope used. 融解紡糸によって多孔性の膜形成素材を塗布し、ここで融解紡糸素材の繊維あるいは鎖を失活剤に接触させる、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein the porous film forming material is applied by melt spinning, wherein the fibers or chains of the melt spun material are contacted with a quencher. 上述の内表面で、電気触媒のインクペーストを凝集剤と同時に押出成形する、請求項122記載の方法。127. The method of claim 122, wherein the electrocatalytic ink paste is co-extruded with the flocculant on the inner surface. さらに、多孔性の膜隔離板を選択透過膜素材あるいはイオン交換ポリマーのいずれかでコーティングする段階を経る、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, further comprising the step of coating the porous membrane separator with either a permselective membrane material or an ion exchange polymer. さらに、多数の前駆物質を構成するマイクロセルモジュールを加工し、ここでその前駆物質を結合、密閉して、前駆物質を互いに並べたシェルと管でできた構成を形成し、このシェルと管でできた構成のシェル側あるいは管側の少なくとも一方に電気触媒溶液、電気触媒のインクあるいは還元剤を流す、請求項117記載の方法。Furthermore, the microcell module comprising a large number of precursors is processed, where the precursors are combined and sealed to form a structure composed of shells and tubes in which the precursors are arranged side by side. 118. The method according to claim 117, wherein an electrocatalyst solution, an electrocatalyst ink, or a reducing agent is flowed through at least one of the shell side and the tube side of the resulting configuration. さらに、多数の前駆物質を構成するマイクロセルモジュールを加工し、ここでその前駆物質を結合、密閉して、前駆物質を互いに並列に並べたシェルと管でできた構成を形成し、このシェルと管でできた構成のシェル側あるいは管側の一方にそのまま電気触媒素材を塗布する、請求項117記載の方法。Furthermore, the microcell module comprising a large number of precursors was processed, where the precursors were combined and sealed to form a shell-and-tube configuration in which the precursors were arranged in parallel with each other. 118. The method according to claim 117, wherein the electrocatalyst material is applied to one of the shell side and the tube side of the tube made structure. 無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、電気触媒素材をシェルと管でできた構成に塗布する、請求項127記載の方法。130. The method of claim 127, wherein the electrocatalytic material is applied to the shell and tube arrangement by a method selected from the group of electroless plating, electrochemical deposition, extrusion, deposition, solution deposition, and the like. 膜隔離板が半透膜およびイオン交換膜などのグループから選択した膜で構成される、請求項117記載の方法。118. The method of claim 117, wherein the membrane separator comprises a membrane selected from the group such as a semipermeable membrane and an ion exchange membrane. 電気化学的セルのモジュールがアセンブリの多様なマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成っており、中央の内腔に冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素を含むマイクロセルアセンブリを持ち、中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き;また、上述の冷却剤源があり、流れの回路が上述の冷却剤および中空管状の熱交換要素の供給源を内部接続している電気化学的セルモジュール。The electrochemical cell module is composed of various microcells of the assembly, each microcell constituting the internal electrode, the microporous membrane separator in contact with the internal electrode, the electrolyte in the pores of the microporous membrane separator, A microcell assembly comprising an external electrode and including a number of hollow tubular heat exchange elements arranged for flowing a coolant through a central lumen, wherein the hollow tubular heat exchange elements are distributed to said assembly; Removing the heat from the assembly during the electrochemical reaction during operation of the module; there is also a coolant source as described above, and the flow circuit interconnects the coolant and the source of the hollow tubular heat exchange element as described above. Electrochemical cell module. 上述の冷却剤が液体の冷却剤である、請求項130記載の電気化学的セルモジュール。130. The electrochemical cell module according to claim 130, wherein said coolant is a liquid coolant. 上述の冷却剤が気体である、請求項130記載の電気化学的セルモジュール。130. The electrochemical cell module according to claim 130, wherein said coolant is a gas. 上述の流れの回路が上述のマイクロセルアセンブリの各反対端で様々な構成を取り、上述の中空管状の熱交換要素を、その反対端で対応する様々な構成および上述の流れの回路に結合したポンプと結合させて流し、上述の冷却剤をモジュールの中空管状の熱交換要素に流し、マイクロセルの電気化学的反応によって、上述のアセンブリから発生した熱を取り除く、請求項130記載の電気化学的セルモジュール。The flow circuit described above has various configurations at each opposite end of the microcell assembly described above, and the hollow tubular heat exchange element described above has been coupled at its opposite end to the corresponding configuration and the flow circuit described above. 130. The electrochemical device according to claim 130, wherein the coolant is flowed in conjunction with a pump to flow the coolant through the hollow tubular heat exchange element of the module to remove heat generated from the assembly by a microcell electrochemical reaction. Cell module. 請求項130記載の電気化学的セルモジュールで、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に合わせ、第1の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第1の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第1の結合材の軸方向に突き出て、上述の管状熱交換要素がさらに第1の結合材とは間隔をおいて第2の結合材に結合し、第1および第2の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料を閉塞した容積に導入し、マイクロセル繊維の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第2の結合剤とその容器で閉塞した末端容積を規定し、上述の管状熱交換要素が第2の結合材に沿って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に冷却剤を導入し、アセンブリの管状熱交換要素に沿って軸方向に冷却剤が流れ;また、アセンブリの第2の末端が第1の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、第1の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第1の反対の結合材と軸方向に突き出て、上述の管状熱交換要素が、さらに第1の反対の結合材と間隔をおいて第2の結合材の反対側に結合し、第1と第2の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料が排出され、ここで第2の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の管状熱交換要素が第2の結合材に沿って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き;また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し;さらに、燃料を流すように、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側と漏れないようにしっかりと結合された送管を持つ電気化学的セルモジュール。130. The electrochemical cell module of claim 130, wherein the assembly is mounted to the container, aligned with the container axially, and flowing liquid from the first end with the first binder attached to the open end of the microcell fibers. One binder separates the shell side and the pore side of the microcell fiber, the current collector projects axially of the first binder, and the above-described tubular heat exchange element further separates from the first binder. And the first and second binders are connected to the closed volume of the container, the inlet of the container is connected to the closed volume, and the fuel is introduced into the closed volume. Flow through the assembly on the pore side of the cell fibers, where the second binder and the terminal volume closed by the container are defined, and the tubular heat exchange element extends along the second binder, End volume closed at open end of exchange element A coolant inlet leading to the closed end volume introduces coolant into the closed end volume and allows the coolant to flow axially along the tubular heat exchange element of the assembly; The two ends bind to the first opposite binder, from which liquid flows into the opening at the opposite end of the microcell fiber, where the first opposite binder separates the shell side and the pore side of the microcell fiber. The current collector projects axially with the first opposing binder and the tubular heat exchange element described above further couples to the opposite side of the second binder at a distance from the first opposing binder. , Between the first and second opposite binders is a closed opposing volume of the container, the outlet of the container leading to the closed container, from which spent fuel is discharged from the closed container, Two opposite binders and the opposite end volume at which the container is closed are defined. The tubular heat exchange element described above extends along the second binder and terminates in a closed end volume at the open end of the heat exchange element and communicates with the opposing end volume at the coolant outlet. Evacuating the coolant from the closed opposing end volume and removing heat from the electrochemical reaction from the assembly; also, the above-described current collectors at each end are connected to each other in series or in parallel and project out of the container. To form a tightly sealed terminal; furthermore, to allow fuel to flow, an electrochemical device having a tubing tightly connected to the shell side of the microcell in the above-described assembly in a leaktight manner. Cell module. 送管が容器の中に軸方向に延び、第1および第2の結合材を通る、請求項133記載の電気化学的セルモジュール。134. The electrochemical cell module according to claim 133, wherein the flues extend axially into the container and pass through the first and second binders. 第1の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタが孔側あるいはシェル側の電流コレクタのいずれか一方で、第1の反対の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタがシェル側あるいは孔側の電流コレクタのいずれか一方で、第1の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタとは反対である、請求項133記載の電気化学的セルモジュール。A current collector that protrudes axially from the first binder is either a hole-side or shell-side current collector, while a current collector that protrudes axially from the first opposite binder is a shell-side or hole-side current collector. 143. The electrochemical cell module of claim 133, wherein one of the current collectors is opposite a current collector that protrudes axially from the first binder. 上述の反対端の各電流コレクタが(a)第1結合材と第2結合材の間の対応する閉塞した容積に終端し、上述の管状熱交換要素と異なるか、(b)末端容積で終端し、上述の管状熱交換要素である場合の、請求項133記載の電気化学的セルモジュールであって、上述の反対端の各電流コレクタが他方の電流コレクタの末端と連続あるいは並列に接続し、容器の外に突き出て漏れないようにしっかりと結合された端子を形成する電気化学的セルモジュール。Each of the aforementioned opposing current collectors terminates at (a) a corresponding closed volume between the first and second binders and differs from the tubular heat exchange element described above, or (b) terminates at a terminal volume. 133. The electrochemical cell module of claim 133, wherein said tubular heat exchange element is a tubular heat exchange element, wherein each of said opposite current collectors is connected in series or in parallel with the other current collector end. An electrochemical cell module that forms a tightly coupled terminal that protrudes out of the container and does not leak. さらに、(i)容器のアセンブリにつながり、アセンブリのマイクロセル繊維のシェル側あるいは孔側の一方に酸化剤を流す、燃料を受け取る部位とは反対側の酸化剤の注入口、および(ii)容器のアセンブリにつながり、容器の外に使用済み酸化剤を流す、使用済み酸化剤の排出口で構成される、請求項133記載の電気化学的セルモジュール。Further, (i) an oxidant inlet opposite to the fuel receiving site, leading to the assembly of the container and flowing the oxidant to either the shell side or the pore side of the microcell fibers of the assembly; and (ii) the container. 136. The electrochemical cell module of claim 133, comprising a spent oxidant outlet that leads to the assembly of and a flow of spent oxidant out of the container. 容器が、分離可能な部分を取り外しできる、分離可能なアセンブリで構成され、モジュールの内部容積およびコンポーネントにアクセスできる、請求項133記載の電気化学的セルモジュール。135. The electrochemical cell module of claim 133, wherein the container is comprised of a separable assembly from which the separable portion can be removed and has access to the module's internal volume and components. 熱交換要素の横断面の直径が約100ミクロンから約10センチメーターである、請求項133記載の電気化学的セルモジュール。144. The electrochemical cell module of claim 133, wherein the cross-sectional diameter of the heat exchange element is from about 100 microns to about 10 centimeters. 熱交換要素と電流コレクタが分離可能で異なる要素である、請求項133記載の電気化学的セルモジュール。134. The electrochemical cell module according to claim 133, wherein the heat exchange element and the current collector are separable and distinct elements. 電気化学的セルモジュールがアセンブリの多数のマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成され、アセンブリが容器に取り付けられ、容器の軸方向に位置を合わせ、第1の結合材に結合した最初の末端を通って、マイクロセル繊維の開口した末端に液体が流れ、第1の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが熱交換要素を構成して第1の結合材から軸方向に突き出て、さらに第2の結合材が第1の結合材と間隔をおいて結合し、第1結合材と第2結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積につながり、その閉塞した容積に燃料を導入してマイクロセル繊維の孔側でアセンブリを流れ、また、上述の第2の結合材と容器が閉塞した末端容積を規定し、電流コレクタの構成では、熱交換要素が第2の結合材を通って突き出て、その開口端の閉塞した末端容積で終端し、冷却剤の注入口が閉塞した末端容積につながり、冷却剤をそ閉塞した末端容積に導入して熱交換要素から成る電流コレクタを流れ、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き;また、反対側の結合剤で結合したアセンブリの第2の末端を通って、マイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、反対の電流コレクタが反対の結合材の軸方向に突き出て、電流コレクタが反対側の結合材で終端する熱交換要素を構成し、容器の排出口が閉塞した容積につながり、使用済みの燃料と冷却剤を閉塞した容器から排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き;また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成する電気化学的セルモジュール。The electrochemical cell module comprises a number of microcells in the assembly, each microcell constituting an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, an electrolyte in the pores of the microporous membrane separator, and the outside. The assembly comprises electrodes, the assembly is attached to the container, the container is axially aligned, liquid flows through the first end bonded to the first binder, to the open end of the microcell fibers, The binder separates the shell side and the hole side of the microcell fiber, the current collector constitutes a heat exchange element and projects axially from the first binder, and the second binder further comprises the first binder And a space between the first binder and the second binder is defined as a closed volume of the container, which leads to a closed volume of the inlet of the container. Assembly at the fiber hole side The flow and also the second binder and the container described above define a closed end volume, and in the configuration of the current collector, the heat exchange element protrudes through the second bond and the closed end of its open end. Terminating in volume, the coolant inlet leads to a closed end volume, and coolant is introduced into the closed end volume to flow through a current collector consisting of heat exchange elements to remove heat from the electrochemical reaction from the assembly. Liquid also flows through the second end of the assembly bound by the opposite binder and into the opening at the opposite end of the microcell fiber, with the opposite binder between the shell side and the pore side of the microcell fiber. Divided, the opposite current collector protrudes in the axial direction of the opposite binder, the current collector constitutes a heat exchange element terminating in the opposite binder, the outlet of the container leads to a closed volume and the used Fuel and cooling Is discharged from the closed container and removes the heat from the electrochemical reaction from the assembly; and the above-mentioned current collectors at each end are connected in series or in parallel with each other to protrude out of the container and securely prevent leakage. An electrochemical cell module that forms terminals that are fastened. 電気化学的セルモジュールがアセンブリの多様なマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成り、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に位置を合わせ、結合材に結合した最初の末端を通ってマイクロセル繊維の開口端に液体が流れ、その結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、閉塞した末端容積を形成し、電流コレクタが熱交換要素を構成し、結合材の軸方向に突き出て閉塞した末端容積に入り、容器の伝熱路の少なくとも1つとつながり、この少なくとも1つの伝熱路を配置してここに冷却剤を流し、容器の注入口が閉塞した末端容積につながって閉塞した末端容積に燃料を導入し、マイクロセル繊維の孔側でアセンブリを通過し;また、反対側の結合剤で結合したアセンブリの第2の末端を通って、マイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分けて、マイクロセル繊維のシェル側と孔側を分ける閉塞した末端容積を形成し、熱交換要素で構成される電流コレクタが反対の結合材の軸方向に突き出て、閉塞した末端容積に入り、容器の第2の伝熱路の少なくとも1つと結合し、この第2の伝熱路の少なくとも1つを配置してそこに冷却剤を流し、容器の排出口が閉塞した末端容積につながって、使用済みの燃料を閉塞した容器から排出し;また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成する電気化学的セルモジュール。The electrochemical cell module is a variety of microcells in the assembly, the microcells that make up the internal electrodes, the microporous membrane separator in contact with the internal electrodes, the electrolyte in the pores of the microporous membrane separator, the outside Consisting of electrodes, the assembly is attached to the container, aligned in the axial direction of the container, the liquid flows to the open ends of the microcell fibers through the first end bonded to the binder, which binds the shell of microcell fibers. Side and bore side, forming a closed end volume, the current collector constituting a heat exchange element, projecting in the axial direction of the binder into the closed end volume and connecting with at least one of the heat transfer paths of the container Arranging the at least one heat transfer path, flowing coolant therethrough, leading to the closed end volume of the inlet of the container, introducing fuel into the closed end volume, and providing the pore side of the microcell fiber. Through the assembly; and through the second end of the assembly bound by the opposite binder, liquid flows into the opening at the opposite end of the microcell fiber, and the opposite binder is attached to the shell side of the microcell fiber. To form a closed end volume separating the shell side and the hole side of the microcell fiber, and the current collector composed of the heat exchange element protrudes in the axial direction of the opposite binder to form the closed end. End volume that enters the volume, couples with at least one of the second heat transfer paths of the container, arranges at least one of the second heat transfer paths to flow coolant therethrough, and the outlet of the container is closed. The spent fuel is drained from the closed container; and the above-mentioned current collectors at each end are connected in series or in parallel to each other and protrude out of the container and are secured tightly to prevent leakage. Formed terminals Electrochemical cell module that. 第1および第2の伝熱路が互いに内部接続している、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。144. The electrochemical cell module according to claim 142, wherein the first and second heat transfer paths are interconnected to each other. アセンブリが多数のマイクロセル下部構造束のコンポーネントで構成され、その下部構造の束が互いに上述の配列で連続的に結合する、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。146. The electrochemical cell module of claim 142, wherein the assembly is comprised of a number of components of a microcell substructure bundle, wherein the substructure bundles are sequentially coupled to one another in the above-described arrangement. マイクロセル下部構造の束内の熱交換要素として、管状の熱交換要素が下部構造の束の間に分配される、請求項130記載の電気化学的セルモジュール。130. The electrochemical cell module according to claim 130, wherein as heat exchange elements within the bundle of microcell substructures, tubular heat exchange elements are distributed between the substructure bundles. 電気化学的セルモジュールがアセンブリの多数のマイクロセル、内部電極の活性物質で構成される各マイクロセル、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成され、内部電極および外部電極の各活性要素が電極、電流コレクタ、電気触媒コンポーネントの少なくとも1つから成り、上述のアセンブリに含まれるものが、アセンブリからその末端部分に外側に突き出た電極あるいは電流コレクタのコンポーネントであり;また、アセンブリには、冷却剤のタンクを含む容器、冷却剤のタンク中には冷却剤が含まれ、さらに上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントの末端部分が上述の冷却剤と安定して熱伝導を行うことができるように共役し、上述のマイクロセルアセンブリから、上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントを通って、冷却剤につながる安定した熱伝導を可能にし、これによってモジュールの稼働中に上述のマイクロセルで行われた電気化学的反応で生成した熱を取り除く電気化学的セルモジュール。The electrochemical cell module is composed of a number of microcells in the assembly, each microcell consisting of the active material of the internal electrode, the microporous membrane separator in contact with the active material of the internal electrode, and the microporous membrane separator. The active element of the inner electrode and the outer electrode comprises at least one of an electrode, a current collector, and an electrocatalytic component, wherein the active element of the inner electrode and the outer electrode comprises at least one of an electrode, a current collector, and an electrocatalytic component. A component comprising an electrode or current collector protruding outwardly into a portion; the assembly also includes a container containing a tank of coolant, a coolant in the tank of coolant, and the electrode or current collector described above. The terminal part of the component is conjugated with the above-mentioned coolant so that heat can be stably conducted, and the microcell From the assembly, through the above-mentioned electrodes or components of the current collector, to allow a stable heat transfer to the coolant, thereby producing the heat generated by the electrochemical reactions performed in the above-mentioned microcells during the operation of the module Get rid of electrochemical cell module. 上述の熱交換要素が金属、耐食素材でコーティングされた金属、グラファイト、高分子素材などのグループから選択された構成素材で形成される、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。142. The electrochemical cell module according to claim 142, wherein said heat exchange element is formed of a constituent material selected from the group consisting of a metal, a metal coated with a corrosion resistant material, graphite, a polymeric material, and the like. 上述のマイクロセルのサイズが約100ミクロンから約10mmである、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。146. The electrochemical cell module of claim 142, wherein said microcells have a size from about 100 microns to about 10 mm. 上述のマイクロセルのサイズが約100ミクロンから約10mmである、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。146. The electrochemical cell module of claim 142, wherein said microcells have a size from about 100 microns to about 10 mm. 冷却剤が気体あるいは液体である、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。142. The electrochemical cell module according to claim 142, wherein the coolant is a gas or a liquid. 上述の結合材がエポキシ、ポリウレタン、ビスマレイミド、ゴム、エラストマー材料などのグループから選択された構成素材で形成される、請求項142記載の電気化学的セルモジュール。143. The electrochemical cell module according to claim 142, wherein said binder is formed of a component material selected from the group of epoxy, polyurethane, bismaleimide, rubber, elastomeric materials, and the like. マイクロセルモジュールがマイクロセルのアセンブリで構成され、ここで各マイクロセルに内部電極の活性物質、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極が含まれ、内部電極および外部電極の各活性要素が電極、電流コレクタ、電気触媒コンポーネントの少なくとも1つから成り、上述のマイクロセルに細長い電極あるいは電流コレクタが含まれ;また、アセンブリから熱を抜き出す方法が、(a)上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成しない、マイクロセルアセンブリを通って突き出た中空管状の熱交換要素、(b)上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成する、マイクロセルアセンブリを通って突き出た中空管状の熱交換要素、(c)マイクロセルアセンブリから突き出て、冷却剤と熱交換できるように共役した安定した電流コレクタから成るグループから選択されるマイクロセルモジュール。The microcell module is composed of microcell assemblies, where each microcell has an active material for the internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the active material for the internal electrode, and a hole in the microporous membrane separator. Containing an electrolyte, an external electrode, wherein each active element of the internal and external electrodes comprises at least one of an electrode, a current collector, an electrocatalytic component, and the microcell described above comprises an elongated electrode or current collector; The method of extracting heat from the assembly comprises: (a) a hollow tubular heat exchange element protruding through the microcell assembly, wherein the tubular heat exchange element does not constitute a current collector; A hollow tubular heat exchange element protruding through the microcell assembly, comprising a current collector, (c) a microcell assembly or Protruding, microcell module is selected from the group consisting of conjugated stable current collector to allow coolant heat exchanger. 電気化学的エネルギーを生成する方法であって、(A)アセンブリの多様なマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成る電気化学的セルモジュールを作ること;このマイクロセルアセンブリには、中央の内腔に冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き;また、上述の冷却剤の供給源があり、流れの回路が上述の冷却剤および中空管状の熱交換要素の供給源と内部接続している場合で、(B)電気化学的セルモジュールの上述のマイクロセルアセンブリのシェル側あるいは孔側のどちらか一方に、燃料を供給すること;(C)電気化学的セルモジュールの上述のマイクロセルアセンブリのシェル側あるいは孔側の逆のどちらか一方、つまり燃料を受け取る側に、酸化剤を同時に供給し、電気的エネルギーおよび熱を発生させる電気化学的反応を達成すること;(D)電気化学的セルモジュールから使用済み燃料を排出すること;(E)上述の冷却剤を上述の同じ供給源から流し、上述の流れの回路と上述の中空管状の熱交換要素を通して、電気化学的セルモジュールから熱を取り除くこと;(F)モジュールから上述の冷却剤を排出することを含んで成る方法。A method for producing electrochemical energy, comprising: (A) various microcells of an assembly, each microcell constituting an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, a microporous membrane separator Making an electrochemical cell module consisting of electrolyte and external electrodes in the perforations of the plate; this microcell assembly includes a number of hollow tubular heat exchange elements arranged to flow coolant through a central lumen. The hollow tubular heat exchange element is distributed to the assembly and removes heat from the assembly during the electrochemical reaction during module operation; and there is a coolant supply as described above and a flow circuit Is internally connected to the above-mentioned coolant and the supply of the hollow tubular heat exchange element, and (B) the shell side of the above-mentioned micro cell assembly of the electrochemical cell module or (C) supplying an oxidizing agent to either the shell side or the hole side of the above-described microcell assembly of the electrochemical cell module, that is, to the side receiving the fuel. Supplying simultaneously to achieve an electrochemical reaction that generates electrical energy and heat; (D) discharging spent fuel from the electrochemical cell module; (E) supplying the above-mentioned coolant to the same supply as above. Removing the heat from the electrochemical cell module through a flow source and through the above-described flow circuit and the above-mentioned hollow tubular heat exchange element; and (F) discharging the above-mentioned coolant from the module. (G)排出された冷却剤を熱交換器に流し、感知しうる熱をそこから取り除いて冷却剤の温度を下げること;(H)モジュールに温度を下げた冷却剤を再循環し、中空管状の熱交換要素を通すことを更に含んで成る、請求項154記載の方法。(G) flowing the discharged coolant through a heat exchanger and removing any appreciable heat therefrom to reduce the temperature of the coolant; (H) recirculating the cooled coolant to the module to form a hollow tube 156. The method of claim 154, further comprising passing a heat exchange element of 冷却剤が水である、請求項154記載の方法。155. The method of claim 154, wherein said coolant is water. 冷却剤が水溶性のグリコール溶液である、請求項154記載の方法。155. The method of claim 154, wherein the cooling agent is a water-soluble glycol solution. シェル側あるいは孔側の少なくとも一方に過度の大気圧がかかっている、請求項154記載の方法。155. The method of claim 154, wherein excessive atmospheric pressure is applied to at least one of the shell side or the hole side. 電気化学的セルモジュールの操作中に熱を管理する、アセンブリの多数のマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成させる方法であって、マイクロセルアセンブリに、中央の内腔に冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き、また、マイクロセルアセンブリでの電気化学的反応中に上述の中空管状の熱交換要素に冷却剤を流す方法。Many microcells of the assembly, each microcell making up the internal electrode, microporous membrane separator in contact with the active material of the internal electrode, microporous, managing heat during operation of the electrochemical cell module A method of comprising an electrolyte in a hole in a membrane separator, an external electrode, wherein the microcell assembly has a number of hollow tubular heat exchange elements arranged for flowing a coolant through a central lumen, This hollow tubular heat exchange element is distributed to the assembly described above to remove heat from the assembly during the electrochemical reaction during module operation and to remove the hollow tubular heat during the electrochemical reaction in the microcell assembly. A method of flowing a coolant through a heat exchange element. 上述の冷却剤を液体の冷却剤とする、請求項159記載の方法。160. The method of claim 159, wherein said coolant is a liquid coolant. 上述の冷却剤を気体とする、請求項159記載の方法。160. The method of claim 159, wherein said coolant is a gas. 請求項159記載の方法で、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に位置を合わせ、第1の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第1の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第1の結合材の軸方向に突き出て、第2の結合材と第1の結合材に間隔をおき、第1および第2の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料を閉塞した容積に導入し、マイクロセル要素の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第2の結合剤とその容器の間を閉塞した末端容積とし、上述の熱交換要素が第2の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に冷却剤を導入し、アセンブリの熱交換要素を通って軸方向に冷却剤が流れ;また、アセンブリの第2の末端が第1の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル要素の反対端の開口部に液体が流れ、第1の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第1の反対の結合材と軸方向に突き出て、第2の反対の結合材と第1の反対の結合材に間隔をおき、第1と第2の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料を排出し、ここで第2の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第2の結合材に沿って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した反対の末端容積が終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き;また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し;さらに、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側に燃料を流す、漏れないようにしっかりと結合された送管を持つ方法。160. The method of claim 159, wherein the assembly is attached to the container, the container is axially aligned, and a liquid is flowed from the first end where the first binder was attached to the open end of the microcell fiber. A binder separates the shell side and the pore side of the microcell fiber, and a current collector protrudes in an axial direction of the first binder to space the second binder and the first binder to form the first and second binders. The closed volume of the container between the second binders is connected to the closed volume of the inlet of the container, and the fuel is introduced into the closed volume and flows to the assembly on the pore side of the microcell element, where A closed end volume between the second binder and the container, wherein the heat exchange element extends through the second bond and terminates in the closed end volume at the open end of the heat exchange element; The coolant inlet connected to the closed end volume A coolant is introduced into the plugged end volume and the coolant flows axially through the heat exchange element of the assembly; and the second end of the assembly binds to the first opposite binder, from which micro- Liquid flows into the opening at the opposite end of the cell element, a first opposite binder separates the shell side and the pore side of the microcell fiber, and a current collector projects axially with the first opposite binder, A second opposing binder and a first opposing binder are spaced apart to provide a closed opposite volume of the container between the first and second opposing binders, and the outlet of the container is the closed container. Draining the spent fuel from the closed container, wherein a second opposing binder and an opposing end volume closing the container are defined, wherein the heat exchange element described above connects to the second binder. And ends at the opposite end volume, which is closed at the open end of the heat exchange element. And a coolant outlet communicates with the closed opposing end volume, drains the coolant from the obstructed opposing end volume, and removes heat from the electrochemical reaction from the assembly; The current collectors may be connected in series or in parallel to each other to protrude out of the container and form tightly sealed terminals; furthermore, the above-described assembly allows fuel to flow to the shell side of the microcell, How to have a tightly coupled flue so that there is no. 送管を容器の中に軸方向に延ばし、第1および第2の結合材を通す、請求項162記載の方法。163. The method of claim 162, wherein the flues extend axially into the container and pass the first and second binders. 第1の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタが孔側あるいはシェル側の電流コレクタいずれか一方で、第1の反対の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタが孔側あるいはシェル側の電流コレクタいずれか一方で、第1の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタとは反対とする、請求項162記載の方法。The current collector projecting axially from the first binder is either the hole-side or shell-side current collector, while the current collector projecting axially from the first opposite binder is the hole- or shell-side current collector. 163. The method of claim 162, wherein one of the collectors is opposite a current collector that protrudes axially from the first binder. 上述の各電流コレクタがその外側の末端、第1および第2の結合材の間の対応した閉塞した容積で終端し、上述の末端が他方の電流コレクタの末端と連続あるいは並列に接続し、容器の外に突き出た漏れないようにしっかりと留める端子を形成する、請求項162記載の方法。Each of the above-mentioned current collectors terminates at its outer end, a corresponding closed volume between the first and second binders, said end being connected in series or in parallel with the end of the other current collector, 163. The method of claim 162, further comprising forming a terminal that secures against leakage protruding out of the housing. さらに、(i)容器のアセンブリにつながり、アセンブリのマイクロセル要素のシェル側あるいは孔側の一方に酸化剤を流す、燃料を受け取る部位とは反対側の酸化剤の注入口、および(ii)容器のアセンブリにつながり、容器の外に使用済み酸化剤を流す、使用済み酸化剤の排出口を構成する、請求項162記載の方法。And (i) an oxidant inlet opposite to the fuel receiving site, leading to the assembly of the container and flowing the oxidant to one of the shell side or the hole side of the microcell element of the assembly; and (ii) the container. 163. The method of claim 162, wherein the method comprises providing a spent oxidant outlet for flowing spent oxidant out of the container. 容器を、分離可能な部分を取り外しできる、分離可能なアセンブリとして加工し、モジュールの内部容積およびコンポーネントにアクセスできるようにする、請求項162記載の方法。163. The method of claim 162, wherein the container is fabricated as a separable assembly from which the separable portion can be removed to provide access to the interior volume and components of the module. 熱交換要素でアセンブリの電流コレクタを構成する、請求項162記載の方法。163. The method of claim 162, wherein the heat exchange element comprises a current collector of the assembly. 熱交換要素の横断面の直径を約100ミクロンから約10センチメーターとする、請求項162の方法。163. The method of claim 162, wherein the cross-sectional diameter of the heat exchange element is from about 100 microns to about 10 centimeters. 熱交換要素と電流コレクタが分離可能で異なる要素とする、請求項162の方法。163. The method of claim 162, wherein the heat exchange element and the current collector are separable and distinct elements. 電気化学的エネルギーの発生方法であって、外側に突き出た内側および外側電流コレクタを含むアセンブリの、多数の繊維状マイクロセル要素から成る電気化学的セルモジュールを加工すること、この電気化学的セルモジュールを稼動して電気化学的エネルギーを発生させること、およびこの稼働中に上述の内側および外側電流コレクタの少なくとも1つから熱を抽出し、この電気化学的セルモジュールから電気化学的反応による熱を取り除くことを含んで成る方法。A method of generating electrochemical energy, comprising processing an electrochemical cell module comprising a plurality of fibrous microcell elements of an assembly including outwardly projecting inner and outer current collectors, the electrochemical cell module comprising: Operating to generate electrochemical energy, and extracting heat from at least one of the inner and outer current collectors and removing heat from the electrochemical cell module from the electrochemical cell module during the operation. A method comprising: 電流コレクタを少なくとも1つの伝熱路に共役させて、さらに冷却剤をこの伝熱路に流す、請求項171記載の方法。172. The method of claim 171, wherein the current collector is conjugated to at least one heat transfer path, and further coolant flows through the heat transfer path. 上述のアセンブリをマイクロセルの連続配列で構成させる、請求項171記載の方法。172. The method of claim 171, wherein said assembly comprises a continuous array of microcells. 電気化学的セルモジュールが、アセンブリの多様なマイクロセル、内部電極の活性物質から成る各マイクロセル、内部電極の活性要素に接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔にある電解質、外部の電極活性要素で構成され、その内部電極、外部電極の各活性要素は、1つ以上の電極、電流コレクタ、電気触媒のコンポーネントで構成され、上述のアセンブリに電極あるいは電流コレクタのコンポーネントが含まれ、これらがアセンブリの外部に突き出て末端部分に入る場合の、電気化学的セルモジュールで電気化学的エネルギーを発生させ;タンク内に配置した上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントの末端部分に冷却剤のタンクを含む容器にアセンブリを取り付け;、さらに、冷却剤のタンク中に冷却剤が入り、電極あるいは電流コレクタのコンポーネントの末端部分を冷却剤に浸して、上述のマイクロセルアセンブリから、上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントを通って、冷却剤につながる安定した熱伝導を可能にし、これによってモジュールの稼働中に上述のマイクロセルで行われた電気化学的反応で生成した熱を取り除く方法。The electrochemical cell module consists of various microcells of the assembly, each microcell consisting of the active material of the internal electrode, the microporous membrane separator in contact with the active elements of the internal electrode, the pores of the microporous membrane separator , The active elements of the internal electrode and the external electrode are composed of one or more electrodes, current collectors and electrocatalytic components, and the electrodes or current collectors are assembled in the above-mentioned assembly. Generating electrochemical energy in an electrochemical cell module as they protrude out of the assembly and into the terminal portion; the ends of the aforementioned electrode or current collector components disposed in a tank. Attach the assembly to a container that contains a tank of coolant in part; in addition, coolant enters the tank of coolant The terminal portion of the electrode or current collector component is immersed in a coolant to allow stable heat transfer from the microcell assembly described above through the electrode or current collector component to the coolant. A method for removing heat generated by the electrochemical reaction performed in the microcell during the operation of the microcell. マイクロセルモジュールがマイクロセルアセンブリで構成される熱管理の方法であって、ここでは各マイクロセルに、内部電極の活性物質、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極が含まれ、内部電極および外部電極の各活性要素が電極、電流コレクタ、電気触媒コンポーネントの少なくとも1つから成り、上述のマイクロセルに細長い電極あるいは電流コレクタが含まれ;また、アセンブリから熱を引き出す方法が、(d)上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成しない、マイクロセルアセンブリの中に突き出た中空管状の熱交換要素、(e)上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成する、マイクロセルアセンブリの中に突き出た中空管状の熱交換要素、また、マイクロセルアセンブリの外に突き出て、冷却剤と熱交換できるように共役した安定した電流コレクタから成るグループから選択された方法を利用している方法。A micro-cell module is a thermal management method comprising a micro-cell assembly, in which each micro-cell is provided with an internal electrode active material, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode active material, and a micropore. The active element of the internal and external electrodes comprises at least one of an electrode, a current collector, and an electrocatalytic component, wherein the microcell has an elongated electrode. Alternatively, a current collector is included; and a method of extracting heat from the assembly comprises: (d) a hollow tubular heat exchange element protruding into the microcell assembly, wherein the tubular heat exchange element described above does not constitute a current collector; A) a hollow tubular heat exchange element protruding into the microcell assembly, wherein said tubular heat exchange element constitutes a current collector; Protrudes out of the B cell assemblies, the coolant conjugated with stable way utilizing a method selected from the group consisting of the current collector to allow heat exchange. 電気化学的装置がアセンブリに配置された水を透過させる膜状のホローファイバーで構成され、アセンブリには各末端に多数のマイクロセルが含まれ、ホローファイバーが容器内に配置され、それぞれの結合端がその間で内容積に結合し、ホローファイバーがアセンブリのマイクロセルと並列に配置され、各ホローファイバーの最初の開口端が内容積の外に管シートを通って延び、他端が反対の結合材の部分あるいはその前で終端し、ホローファイバーが配置されて電気化学的反応により生成した水を灯心現象により吸収して、ホローファイバーの壁を浸透することで電気化学的反応部位から水を押しだし、ホローファイバーの孔を通って内容積の外にある容器の収集場所に流す電気化学的装置。The electrochemical device is composed of hollow water-permeable membrane fibers placed in the assembly, the assembly contains a number of microcells at each end, the hollow fibers are placed in a container, and each binding end Are bonded to the interior volume therebetween, with hollow fibers arranged in parallel with the microcells of the assembly, with the first open end of each hollow fiber extending through the tube sheet out of the interior volume and the other end opposite the binder. Terminating at or in front of, the hollow fiber is arranged and absorbs the water generated by the electrochemical reaction by the wick phenomenon and pushes the water out of the electrochemical reaction site by penetrating the hollow fiber wall, An electrochemical device that flows through a hole in a hollow fiber to a collection point on a container outside of its internal volume. マイクロセル要素とホローファイバーが垂直に配置するように容器の方向を合わせ、容器の収集場所が容器の下に来るようにして、ホローファイバーの孔にある水が重力によって下に流れ、収集場所に来るようにした、請求項176記載の電気化学的装置。Orient the container so that the microcell element and the hollow fiber are arranged vertically, so that the collection location of the container is under the container, and the water in the hole of the hollow fiber flows down by gravity, and 177. The electrochemical device according to claim 176, wherein said device is adapted to come. 各ホローファイバーをその外表面で親水性の薬物によりコーティングする、請求項176記載の電気化学的装置。177. The electrochemical device of claim 176, wherein each hollow fiber is coated on its outer surface with a hydrophilic drug. 各ホローファイバーが高分子素材、ガラス、セラミックなどのグループから選択された素材で形成される、請求項176記載の電気化学的装置。177. The electrochemical device of claim 176, wherein each hollow fiber is formed from a material selected from the group consisting of a polymeric material, glass, ceramic, and the like. ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔がある、請求項176記載の電気化学的装置。177. The electrochemical device of claim 176, wherein the hollow fiber has holes suitable for an application selected from the group of ultrafiltration, microfiltration, reverse osmosis, and the like. ホローファイバーの外径が約100ミクロンから約10ミリメーターの範囲である、請求項176記載の電気化学的装置。177. The electrochemical device of claim 176, wherein the outer diameter of the hollow fiber ranges from about 100 microns to about 10 millimeters. 各ホローファイバーが親水性の素材で形成される、請求項176記載の電気化学的装置。177. The electrochemical device according to claim 176, wherein each hollow fiber is formed of a hydrophilic material. 電気化学的セルモジュールが多数のマイクロセル下部構造束のコンポーネント、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成されるアセンブリの多数のマイクロセルから成り;このマイクロセルアセンブリには、中央の内腔に水溶性の冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き;また、上述の水溶性冷却剤の供給源があり、流れの回路が上述の水溶性冷却剤および中空管状の熱交換要素の供給源と内部接続している場合で、上述の中空管状の熱交換要素が水を透過する多孔性の膜隔離板から成り、水溶性冷却剤に由来する水が膜隔離板壁を通過して孔から燃料の流れに浸透することで、電気化学的反応の周囲を湿らす電気化学的セルモジュール。An electrochemical cell module has entered the components of a number of microcell substructure bundles, the microcells that make up the internal electrodes, the microporous membrane separator in contact with the internal electrodes, and the pores of the microporous membrane separator It consists of a number of microcells in an assembly consisting of an electrolyte and an external electrode; this microcell assembly has a number of hollow tubular heat exchange elements arranged to flow a water-soluble coolant through a central lumen. The hollow tubular heat exchange element is distributed to the assembly and removes heat from the assembly during the electrochemical reaction during module operation; and there is a source of the water soluble coolant described above and When the circuit is interconnected with the water-soluble coolant and the source of the hollow tubular heat exchange element, the hollow tubular heat exchange element is connected to a water permeable porous membrane separator. Ri, that is water from a water-soluble coolant penetrates into the flow of fuel from the bore through the membrane separator wall, electrochemical cell module to wet the circumference of the electrochemical reaction. 請求項183記載の電気化学的セルモジュールであって、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に位置を合わせ、第1の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第1の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第1の結合材の軸方向に突き出て、上述の熱交換要素がさらに第1の結合材とは間隔をおいて第2の結合材に結合し、第1および第2の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料を閉塞した容積に導入し、マイクロセル繊維の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第2の結合剤とその容器で閉塞した末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第2の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に水溶性の冷却剤を導入し、アセンブリの熱交換要素を通って軸方向に冷却剤が流れ;また、アセンブリの第2の末端が第1の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、第1の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第1の反対の結合材の軸方向に突き出て、上述の熱交換要素が、さらに第1の反対の結合材と間隔をおいて第2の結合材の反対側に結合し、第1と第2の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料が排出され、ここで第2の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第2の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き;また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し、さらに、燃料を流すように、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側と漏れないようにしっかりと結合された送管を持つ電気化学的セルモジュール。183. The electrochemical cell module according to claim 183, wherein the assembly is attached to the container, the container is axially aligned, and the liquid is applied from the first end where the first binder is attached to the open end of the microcell fiber. The first binder separates the shell side and the pore side of the microcell fiber, the current collector protrudes in the axial direction of the first binder, and the heat exchange element further includes the first binder and the first binder. Is connected to the second binder at intervals, and the space between the first and second binders is a closed volume of the container, which is connected to the closed volume of the inlet of the container, and the fuel is introduced into the closed volume. Flow to the assembly on the pore side of the microcell fibers, wherein the second binder and the terminal volume closed by the container are defined, and the heat exchange element extends through the second binder. Closed at the open end of the heat exchange element A coolant inlet terminating in the volume and leading to the closed end volume introduces a water-soluble coolant into the closed end volume, allowing the coolant to flow axially through the heat exchange element of the assembly; The second end of the assembly couples to a first opposite binder, from which liquid flows to the opening at the opposite end of the microcell fiber, where the first opposite binder forms a hole with the shell side of the microcell fiber. Dividing the sides, the current collector protrudes in the axial direction of the first opposing binder, and the above-mentioned heat exchange element is further spaced from the first opposing binder on the opposite side of the second binder. Coupling the first and second opposite binders into a closed opposing volume of the container, the outlet of the container leading to the closed container and discharging the spent fuel from the closed container; With the second opposite binder and the opposite end volume with the container closed A heat exchange element as defined and extends through the second binder and terminates at a closed end volume at the open end of the heat exchange element and communicates with an opposing end volume at which the coolant outlet is closed. Evacuating the coolant from the closed opposing end volume and removing heat from the electrochemical reaction from the assembly; also, the above-described current collectors at each end are connected to each other in series or in parallel and project out of the container. To form a tightly-sealed terminal, and furthermore, to allow fuel to flow, an electrochemical tubing tightly coupled to the shell side of the microcell with the above-described assembly to prevent leakage Cell module. 各中空管状の熱交換要素が、水を選択的に透過させる物質から成る素材で形成される、請求項183記載の電気化学的セルモジュール。183. The electrochemical cell module of claim 183, wherein each hollow tubular heat exchange element is formed of a material comprising a material that selectively permeates water. 水を選択的に透過させる物質がイオン交換フッ素重合体で構成される、請求項183記載の電気化学的セルモジュール。183. The electrochemical cell module according to claim 183, wherein the substance that selectively permeates water comprises an ion exchange fluoropolymer. ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔がある、請求項183記載の電気化学的装置。183. The electrochemical device of claim 183, wherein the hollow fiber has holes suitable for an application selected from the group of ultrafiltration, microfiltration, reverse osmosis, and the like. ホローファイバーの外径が約100ミクロンから約10ミリメーターの範囲である、請求項183記載の電気化学的装置。183. The electrochemical device of claim 183, wherein the outer diameter of the hollow fiber ranges from about 100 microns to about 10 millimeters. それぞれの末端に結合し、容器内に配置した多数のマイクロセルを含み、この容器で結合したそれぞれの末端がその間の内容積と結合する、電気化学的装置の水を管理する方法;つまり、電気化学的反応で生成した水を灯心現象により吸収するホローファイバーを配置し、ホローファイバーの壁を浸透させることで電気化学的反応部位から水を取り除き、ホローファイバーの孔を通って内容積の外にある容器の収集場所に流す方法。A method for managing water in an electrochemical device, comprising a plurality of microcells connected to respective ends and arranged in a container, each end connected in the container being connected to an inner volume therebetween; A hollow fiber that absorbs the water generated by the chemical reaction by the wicking phenomenon is arranged, water is removed from the electrochemical reaction site by penetrating the hollow fiber wall, and the water passes through the hole of the hollow fiber and out of the internal volume. A method of flushing a container to a collection location. マイクロセル要素とホローファイバーが垂直に配置し、容器の収集場所が容器の下端に来るようにしてホローファイバーの孔にある水が重力によって下に流れ、収集場所に来るようにした、請求項189記載の方法。189. The microcell element and hollow fiber arranged vertically so that the collection site of the container is at the lower end of the container so that water in the holes of the hollow fiber flows down by gravity and comes to the collection site. The described method. 各ホローファイバーの外表面を親水性の薬物によりコーティングする、請求項189記載の方法。189. The method of claim 189, wherein the outer surface of each hollow fiber is coated with a hydrophilic drug. 各ホローファイバーを高分子素材、ガラス、セラミックなどのグループから選択された素材で形成させる、請求項189記載の方法。189. The method of claim 189, wherein each hollow fiber is formed from a material selected from the group consisting of a polymeric material, glass, ceramic, and the like. ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔を持たせる、請求項189記載の方法。189. The method of claim 189, wherein the hollow fiber has pores suitable for an application selected from the group of ultrafiltration, microfiltration, reverse osmosis, and the like. ホローファイバーの外径を約100ミクロンから約10ミリメーターの範囲とする、請求項189記載の方法。189. The method of claim 189, wherein the outer diameter of the hollow fiber ranges from about 100 microns to about 10 millimeters. 各ホローファイバーを親水性の素材で形成させる、請求項189記載の方法。190. The method of claim 189, wherein each hollow fiber is formed from a hydrophilic material. 以下の要素で構成される電気化学的セルモジュールを作る方法;つまり、多数のマイクロセル下部構造の束のコンポーネント、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成されるアセンブリの多数のマイクロセルから成り、中央の内腔に水溶性の冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除く、マイクロセルアセンブリを加工する方法であって、上述の中空管状の熱交換要素が水を透過する多孔性の膜隔離板から成り、水溶性冷却剤に由来する水が膜隔離板壁を通過して孔から燃料の流れに浸透することで、電気化学的反応の周囲を湿らす方法。A method for making an electrochemical cell module consisting of the following components: a number of microcell substructure bundle components, each microcell constituting an internal electrode, and microporous contact with the active material of the internal electrode. Consists of multiple microcells in an assembly consisting of a membrane separator, electrolyte in the pores of a microporous membrane separator, and external electrodes, arranged for flowing a water-soluble coolant through a central lumen A method of processing a microcell assembly, comprising a number of hollow tubular heat exchange elements, wherein the hollow tubular heat exchange elements are distributed to the assembly described above and remove heat from the assembly during an electrochemical reaction during module operation. Wherein said hollow tubular heat exchange element comprises a porous membrane separator permeable to water, wherein water derived from a water-soluble coolant passes through the membrane separator wall and fuel By penetrating the LES, a method to wet the circumference of the electrochemical reaction. 請求項196記載の方法で、さらにアセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向にそってその位置を合わせ、第1の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第1の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第1の結合材の軸方向に突き出て、上述の熱交換要素がさらに第1の結合材とは間隔をおいて第2の結合材に結合し、第1および第2の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料をこの閉塞した容積に導入し、マイクロセル繊維の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第2の結合剤とその容器で閉塞した末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第2の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に水溶性の冷却剤を導入し、アセンブリの熱交換要素を通って軸方向に冷却剤が流す方法であって、また、アセンブリの第2の末端が第1の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、第1の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第1の反対の結合材と軸方向に突き出て、上述の熱交換要素が、さらに第1の反対の結合材と間隔をおいて第2の結合材の反対側に結合し、第1と第2の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料が排出され、ここで第2の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第2の反対の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き;上述の各末端の電流コレクタを互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し;さらに、燃料を流すように、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側と漏れないようにしっかりと送管を結合する方法。197. The method of claim 196, further comprising: attaching the assembly to a container, aligning the assembly along an axis of the container, and flowing a liquid from the first end where the first binder is attached to the open end of the microcell fibers. The first binder separates the shell side and the hole side of the microcell fiber, the current collector protrudes in the axial direction of the first binder, and the above-mentioned heat exchange element further moves away from the first binder. And the first and second binders are connected to the closed volume of the container, and the inlet of the container is connected to the closed volume, and the fuel is introduced into the closed volume. Flowing through the assembly on the pore side of the microcell fibers, wherein the second binder and the terminal volume closed by the container are defined, and the heat exchange element extends through the second binder, End volume closed at the open end of the heat exchange element A coolant inlet that terminates and leads to a closed end volume introduces a water-soluble coolant into the closed end volume and allows the coolant to flow axially through a heat exchange element of the assembly. Also, the second end of the assembly couples to the first opposite binder, from which liquid flows into the opening at the opposite end of the microcell fiber, and the first opposite binder is connected to the shell side of the microcell fiber. The current collector protrudes axially with the first opposing binder, and the heat exchange element described above further opposes the second binder at a distance from the first opposing binder. Side, with a closed opposing volume of the container between the first and second opposing binders, the outlet of the container leading to the closed container to drain spent fuel from the closed container. Where the second opposite binder and the opposite end of the container are closed A volume is defined, wherein the heat exchange element described above extends through the second opposing binder and terminates in a closed end volume at the open end of the heat exchange element, and the opposing closed end of the coolant outlet. Connects to the terminal volume, drains coolant from the opposing closed terminal volume, and removes heat from the electrochemical reaction from the assembly; the current collectors at each of the above-mentioned ends are connected in series or in parallel with each other to allow the And forming a tightly sealed terminal so as to leak out; and furthermore, tightly connecting the tubing tightly to the shell side of the microcell with the above-described assembly so as to flow fuel. 各中空管状の熱交換要素を、水を選択的に透過させる物質から成る素材で形成させる、請求項197記載の方法。197. The method of claim 197, wherein each hollow tubular heat exchange element is formed of a material comprising a material that is selectively permeable to water. 水を選択的に透過させる物質をイオン交換フッ素重合体で構成させる、請求項197記載の方法。197. The method of claim 197, wherein the substance that selectively permeates water comprises an ion exchange fluoropolymer. ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔を持たせる、請求項197記載の方法。197. The method of claim 197, wherein the hollow fibers have holes suitable for an application selected from the group of ultrafiltration, microfiltration, reverse osmosis, and the like. ホローファイバーの外径を約100ミクロンから約10ミリメーターの範囲とする、請求項197記載の方法。197. The method of claim 197, wherein the outer diameter of the hollow fiber ranges from about 100 microns to about 10 millimeters. それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維で構成される、コーティングされた繊維、および金属繊維に耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティング。A continuous carbonaceous coating of coated fiber and of pyrolyzed organic material with a thickness that renders the metal fiber corrosion resistant, consisting of metal fibers formed of a material that is inherently corrosive . 上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングがアモルファス状の、請求項202記載のコーティング繊維。207. The coated fiber of claim 202, wherein said continuous coating of thermally decomposed organic material is amorphous. 上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングが結晶性の、請求項202記載のコーティング繊維。202. The coated fiber of claim 202, wherein said continuous coating of pyrolyzed organic material is crystalline. 上述の連続した炭質コーティングの表面に微小孔がある、請求項202記載のコーティング繊維。207. The coated fiber of claim 202, wherein said continuous carbonaceous coating has micropores on the surface. 上述の連続した炭質コーティングの表面が、BET吸着等温式による測定で、少なくともコーティング素材1グラム当たり10mである、請求項202記載のコーティング繊維。Continuous carbonaceous coating on the surface of the above, as measured by BET adsorption isotherm, at least the coating material per gram 10 m 2, claim 202 coated fiber according. 外径が約50マイクロメーターから約10ミリメーターの、請求項202記載のコーティング繊維。202. The coated fiber of claim 202, wherein the coated fiber has an outer diameter from about 50 micrometers to about 10 millimeters. 上述の連続した炭質コーティングがガラス質の炭素素材で構成される、請求項202記載のコーティング繊維。202. The coated fiber of claim 202, wherein said continuous carbonaceous coating is comprised of a vitreous carbon material. さらに、上述の熱分解した有機素材の連続した炭質コーティングの上に電気触媒を載せた、請求項202記載のコーティング繊維。202. The coated fiber of claim 202, further comprising an electrocatalyst over the continuous carbonaceous coating of the pyrolyzed organic material. 繊維状マイクロセル構造が、内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成り、内部電極および外部電極の少なくとも一方が、それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維を含む、コーティングされた繊維から成る電流コレクタ、および金属繊維に耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングを含む繊維状マイクロセル構造。A fibrous microcell structure comprising an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, an electrolyte in the pores of the microporous membrane separator, and an external electrode; and at least one of the internal electrode and the external electrode But a current collector consisting of coated fibers, including metal fibers formed of a material that is inherently susceptible to corrosion, and a continuum of pyrolyzed organic material with a thickness that renders the metal fibers corrosion resistant Fibrous microcell structure with typical carbonaceous coating. 請求項210のように、多数の繊維状マイクロセル構造がある、電気化学的セル装置。210. An electrochemical cell device as in claim 210, wherein there are multiple fibrous microcell structures. 燃料セルで構成される、請求項211記載の電気化学的セル装置。224. The electrochemical cell device according to claim 211, comprising a fuel cell. バッテリーセルで構成される、請求項211記載の電気化学的セル装置。220. The electrochemical cell device according to claim 211, comprising a battery cell. 腐食しやすい金属で形成される電流コレクタと、金属電流コレクタに耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングがある、電気化学的装置。An electrochemical device with a current collector formed of a corrosive metal and a continuous carbonaceous coating of a pyrolyzed organic material with a thickness that renders the metal current collector resistant to corrosion. 燃料セルで構成される、請求項211記載の電気化学的装置。220. The electrochemical device according to claim 211, comprising a fuel cell. バッテリーセルで構成される、請求項211記載の電気化学的装置。224. The electrochemical device according to claim 211, comprising a battery cell. 上述の電流コレクタにプレート構造がある、請求項214記載の電気化学的装置。227. The electrochemical device according to claim 214, wherein said current collector has a plate structure. 上述の電流コレクタに繊維構造がある、請求項214記載の電気化学的装置。226. The electrochemical device of claim 214, wherein said current collector has a fibrous structure. 上述の電流コレクタがシート型あるいは繊維型である、請求項214記載の電気化学的装置。227. The electrochemical device according to claim 214, wherein said current collector is sheet or fiber. 上述の連続した炭素コーティングがアモルファス状である、請求項214記載の電気化学的装置。226. The electrochemical device of claim 214, wherein said continuous carbon coating is amorphous. 上述の連続した炭素コーティングが結晶状である、請求項214記載の電気化学的装置。224. The electrochemical device of claim 214, wherein said continuous carbon coating is crystalline. 上述の連続した炭素コーティングがガラス質の炭素という特徴を持った、請求項214記載の電気化学的装置。227. The electrochemical device of claim 214, wherein said continuous carbon coating is characterized by vitreous carbon. アモルファス状の金属組成でコーティングされた電流コレクタあるいは電極を含む、マイクロセルの繊維要素でできた燃料電池。A fuel cell made of microcellular fiber elements, including current collectors or electrodes coated with an amorphous metal composition. 水素を保持できる金属組成でコーティングされた電流コレクタあるいは電極を含む、マイクロセル繊維要素でできた燃料電池。A fuel cell made of microcell fibrous elements, including a current collector or electrode coated with a metal composition capable of retaining hydrogen. マイクロセル構造が、内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成り、
内部電極および外部電極の少なくとも一方が炭素あるいはグラファイトの電流コレクタを含み、分解してそこで電気的に断絶しやすい、炭素あるいはグラファイトではない電流コレクタと密接に接触したマイクロセル構造。
A microcell structure comprising an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, an electrolyte in the pores of the microporous membrane separator, and an external electrode;
A microcell structure in intimate contact with a non-carbon or non-graphite current collector, wherein at least one of the inner and outer electrodes comprises a carbon or graphite current collector, which is susceptible to disassembly and electrical disconnection there.
請求項225のように、多数のマイクロセル構造がある電気化学的セル。225. An electrochemical cell as in claim 225, wherein there are multiple microcell structures. それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維を作り、上述の繊維に金属繊維に耐食性を与える熱分解生成物の厚みを持った、有機素材のコーティング施し、上述の繊維上で上述の有機素材を熱分解し、その上に連続した炭質コーティングを形成する、耐食繊維を加工する方法。The metal fiber itself is made of a material that is inherently susceptible to corrosion, and the above-mentioned fiber is coated with an organic material with the thickness of a pyrolysis product that gives the metal fiber corrosion resistance. A method of processing anticorrosive fibers by pyrolyzing the above-mentioned organic material and forming a continuous carbonaceous coating thereon. 上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングをアモルファス状とする、請求項227記載の方法。228. The method of claim 227, wherein said continuous coating of pyrolyzed organic material is amorphous. 上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングを結晶とする、請求項227記載の方法。228. The method of claim 227, wherein said continuous coating of pyrolyzed organic material is crystalline. 上述の連続した炭質コーティングの表面に微小孔がある、請求項227記載の方法。228. The method of claim 227, wherein said continuous carbonaceous coating has micropores on its surface. 上述の連続した炭質コーティングの表面を、BET吸着等温式による測定で、少なくともコーティング素材1グラム当たり10mとする、請求項227記載の方法。A continuous carbonaceous coating on the surface of the above, as measured by BET adsorption isotherm, and at least the coating material per gram 10 m 2, The method of claim 227. コーティングされた繊維の外径を約50マイクロメーターから約10ミリメーターの範囲とする、請求項227記載の方法。229. The method of claim 227, wherein the outer diameter of the coated fibers ranges from about 50 micrometers to about 10 millimeters. 上述の連続した炭質コーティングをガラス質の炭素素材で構成させる、請求項227記載の方法。228. The method of claim 227, wherein said continuous carbonaceous coating comprises a vitreous carbon material. さらに、上述の熱分解された有機素材の連続した炭質コーティングの上に電気触媒を形成させる、請求項227記載の方法。228. The method of claim 227, further comprising forming an electrocatalyst on the continuous carbonaceous coating of the pyrolyzed organic material. 内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成る繊維状マイクロセル構造を作る方法であって、ここでは、内部電極および外部電極の少なくとも一方が電流コレクタを含み、それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維、および金属繊維に耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングを含む、コーティングされた繊維として、上述の電流コレクタを形成する方法。This is a method for producing a fibrous microcell structure comprising an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, an electrolyte in a hole of the microporous membrane separator, and an external electrode. A series of metal fibers formed of a material that is inherently susceptible to corrosion, where at least one of the electrodes and the external electrode includes a current collector, and a thermally decomposed organic material with a thickness that provides the metal fibers with corrosion resistance A method of forming the current collector as described above as a coated fiber, comprising a typical carbonaceous coating. 腐食しやすい金属の電流コレクタを形成し、金属電流コレクタに耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングをコーティングする、電気化学的装置を加工する方法。A method of processing an electrochemical device that forms a current collector of a corrosive metal and coats a continuous carbonaceous coating of a pyrolyzed organic material with a thickness that imparts corrosion resistance to the metal current collector. 上述の電気化学的装置を燃料電池で構成させる、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said electrochemical device comprises a fuel cell. 上述の電気化学的装置をバッテリー電池で構成させる、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said electrochemical device comprises a battery cell. 上述の電気化学的装置をプレート構造の電流コレクタで構成させる、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said electrochemical device comprises a plate-shaped current collector. 上述の電気化学的装置を繊維構造の電流コレクタで構成させる、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said electrochemical device comprises a fibrous current collector. 上述の電気化学的装置をシート型あるいは繊維型の電流コレクタで構成させる、請求項240記載の方法。250. The method of claim 240, wherein said electrochemical device comprises a sheet or fiber type current collector. 上述の連続した炭素コーティングをアモルファス状とする、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said continuous carbon coating is amorphous. 上述の連続した炭素コーティングを結晶状とする、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said continuous carbon coating is crystalline. 上述の連続した炭素コーティングをガラス質の炭素とする、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said continuous carbon coating is vitreous carbon. 上述の電流コレクタあるいは電極を、アモルファス状の金属組成でコーティングする、請求項236記載の方法。237. The method of claim 236, wherein said current collector or electrode is coated with an amorphous metal composition. 水素を保持できる金属組成でコーティングされた電流コレクタあるいは電極を含む、コーティングしたマイクロセルの繊維要素でできた燃料電池を加工する方法。A method of processing a fuel cell made of coated microcell fiber elements, including a current collector or electrode coated with a metal composition capable of retaining hydrogen. 内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成るマイクロセル構成を加工する方法で、内部電極および外部電極の少なくとも一方として、炭素あるいはグラファイトの電流コレクタを作成し、分解してそこで電気的に断絶しやすい、炭素あるいはグラファイトではない電流コレクタと密接に接触させる方法。A method of processing a microcell structure comprising an internal electrode, a microporous membrane separator in contact with the internal electrode, an electrolyte in a hole of the microporous membrane separator, and an external electrode, wherein at least the internal electrode and the external electrode are processed. On the other hand, a method of creating a carbon or graphite current collector, disassembling it and bringing it into close contact with a non-carbon or graphite current collector that is easily electrically disconnected there.
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