JP2005166552A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency hollow fiber-like fuel cell capable of easily keeping the airtightness of a fuel electrode, and having flexibility in its shape even when a stack is assembled. <P>SOLUTION: This fuel cell has a fuel electrode 2 on the inside surface of a hollow fiber-like polymer electrolyte membrane 1 and an oxidizer electrode 3 on the outside surface thereof. A fuel 6 and an oxidizer 7 are in contact with the fuel electrode 2 and the oxidizer electrode 3, respectively; a wiring electrode 1 (4) formed of a conductive wire and a wiring electrode 2 (5) are electrically connected to the fuel electrode 2 and the oxidizer electrode 3, respectively; and the wiring electrode 1 (4) is formed throughout at least a part from an opening 8 through a hollow part 9 of the hollow fiber polymer electrolyte membrane. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料電池に関し、特に中空糸状高分子電解質膜を用いた中空糸状の燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a hollow fiber fuel cell using a hollow fiber polymer electrolyte membrane.

燃料電池には、固体高分子型、アルカリ型、リン酸型、ダイレクトメタノール型燃料電池等のような作動温度が300℃以下の低温型燃料電池があり、その中で、特に固体高分子型燃料電池、直接型メタノール燃料電池のように高分子膜を電解質とするものは、電解質が液体でないことにより数々のメリットを有している。例えば、燃料ガスおよび酸化剤ガス(空気あるいは酸素)間で差圧が生じても問題なく運転でき、電解質膜の厚さを数十マイクロメーター以下にすることによって出力の向上とコンパクト性、スタッキング性を同時に実現でき、また始動性、負荷応答性に優れるなど、将来の電気自動車や家庭用据え置き電源などへの応用が注目されている。   Fuel cells include low-temperature fuel cells having an operating temperature of 300 ° C. or less, such as solid polymer type, alkaline type, phosphoric acid type, direct methanol type fuel cell, etc. Those using a polymer membrane as an electrolyte, such as batteries and direct methanol fuel cells, have a number of advantages because the electrolyte is not liquid. For example, even if a differential pressure occurs between the fuel gas and oxidant gas (air or oxygen), it can be operated without any problem. By reducing the thickness of the electrolyte membrane to several tens of micrometers or less, output is improved, compactness, and stacking properties At the same time, it is attracting attention for its application to future electric vehicles and household stationary power sources, such as excellent startability and load response.

更に、上記の応用分野以外にも、携帯機器や可搬型電源など小型電池としての応用が期待されている。2次電池に比べると、燃料電池は 燃料が供給されれば瞬時に電力を得ることができるので、充電に要する時間を短縮できるとともに、コスト面でも充分競合できるものである。   In addition to the above application fields, applications as small batteries such as portable devices and portable power supplies are expected. Compared to a secondary battery, a fuel cell can obtain electric power instantly when fuel is supplied, so that the time required for charging can be shortened and it can compete sufficiently in terms of cost.

これまでの燃料電池の構成は、電解質(平面状板または平膜)の両側にそれぞれ燃料極、酸化剤極(空気極、酸素極)となる触媒層を配置し、更に燃料ガスおよび空気(酸素ガス)の流れる流路を形成した、炭素あるいは金属製のセパレータ材料で挟み込むことによって、単セルと呼ばれるユニットを作製する。単位セル(以下、「セル」あるいは「単セル」という場合がある。)とセルの間にはセパレータがはさまれ、セルを積層した時に燃料極に入る燃料と酸化剤極に入る酸化剤とが混合するのを防ぐ役割を果たすと共に、二つのセルを直列につなぐための電子導電体の役割も果たすものである。このような単セルを必要な数だけ重ね合わせることによって燃料電池スタックを組み立て、更に燃料及び酸化剤ガスを供給する装置及び制御装置等と一体化して燃料電池とし、これにより発電を行うものである。   In the conventional fuel cell configuration, a catalyst layer serving as a fuel electrode and an oxidant electrode (air electrode, oxygen electrode) is arranged on both sides of an electrolyte (planar plate or flat membrane), and further, fuel gas and air (oxygen) A unit called a single cell is manufactured by sandwiching between carbon and metal separator materials in which a gas flow path is formed. A separator is sandwiched between unit cells (hereinafter sometimes referred to as “cells” or “single cells”), and a fuel that enters the fuel electrode and an oxidant that enters the oxidizer electrode when the cells are stacked. In addition to preventing the mixing of the two cells, it also serves as an electronic conductor for connecting the two cells in series. A fuel cell stack is assembled by superimposing a necessary number of such single cells, and further integrated with a device for supplying fuel and oxidant gas, a control device, and the like to form a fuel cell, thereby generating power. .

しかしながら、このような平面型燃料電池構成では、大面積の電極(燃料極、酸化剤極)を幾枚も重ねるという設計に適してはいても、小型化という要請には答えることができず、大きな欠点となっている。最近、平面型の単セルのみを並列に並べるという設計も提案されており、このような場合、小型チップを作成することが容易で、電池を組み込む小型機器の形状によってはメリットを有することもあるが、種々の小型機器の形状に柔軟に対応できるとは言い難い。特に、燃料極をどのようにシールし燃料の漏れを防ぐかといった課題が残されている。   However, in such a planar fuel cell configuration, although it is suitable for a design in which a large number of electrodes (fuel electrode, oxidant electrode) are stacked, it cannot respond to the demand for miniaturization. It has become a major drawback. Recently, a design in which only planar single cells are arranged in parallel has also been proposed. In such a case, it is easy to create a small chip, and there are advantages depending on the shape of a small device incorporating a battery. However, it cannot be said that it can flexibly cope with the shapes of various small devices. In particular, there remains a problem of how to seal the fuel electrode and prevent fuel leakage.

上記、課題の解決策として、下記のような円柱状の燃料電池の構造が提案されている。
特許文献1には、燃料極と酸化剤極と電解質膜が円筒状をした燃料電池が記載されている。この電池では、円柱状をした多孔質基体が、燃料極に当接した状態で燃料極に取囲まれて配置されており、燃料極は、電解質膜に当接した状態で電解質膜に取囲まれて配置されており、電解質膜は酸化剤極に当接した状態で酸化剤極に取囲まれて配置されている。
As a solution to the above problem, the following cylindrical fuel cell structure has been proposed.
Patent Document 1 describes a fuel cell in which a fuel electrode, an oxidant electrode, and an electrolyte membrane are cylindrical. In this battery, a cylindrical porous substrate is disposed so as to be surrounded by the fuel electrode in contact with the fuel electrode, and the fuel electrode is surrounded by the electrolyte membrane in contact with the electrolyte membrane. The electrolyte membrane is disposed so as to be surrounded by the oxidant electrode while being in contact with the oxidant electrode.

燃料電池の外部に燃料供給装置を設ける必要のない燃料電池としては、特許文献2には、燃料電池内部に燃料源を有した円柱状の燃料電池を提案している。燃料極と燃料源とは互いに当接した状態で燃料極構成体をなし、該燃料極構成体は、該電解質膜に当接した状態で取囲まれて配置され、該電解質膜は、該酸化剤極に当接した状態で取囲まれて配置されている。   As a fuel cell that does not require the provision of a fuel supply device outside the fuel cell, Patent Document 2 proposes a columnar fuel cell having a fuel source inside the fuel cell. The fuel electrode and the fuel source are in contact with each other to form a fuel electrode structure, and the fuel electrode structure is surrounded and disposed in contact with the electrolyte membrane. It is surrounded and arranged in contact with the agent electrode.

さらに、特許文献3および特許文献4では、チューブ状電解質膜を用いた燃料電池が提案されている。図8にその概略図を示す。高分子電解質膜をチューブ状に形成して使用し、チューブの内側面および外側面に触媒層を設けそれぞれ燃料極および空気極とする。電力の取り出しは、内側面、及び外側面の一点に導線200、及び201を接触させることで行なっている。燃料極の気密性が容易に保持でき、また触媒担持性も良く、スタックを組み立てるに当たってもその形状に柔軟性があり、生産性に優れた小型燃料電池を提供することを可能にしている。   Further, in Patent Document 3 and Patent Document 4, fuel cells using a tubular electrolyte membrane are proposed. FIG. 8 shows a schematic diagram thereof. A polymer electrolyte membrane is used in the form of a tube, and a catalyst layer is provided on the inner surface and outer surface of the tube to form a fuel electrode and an air electrode, respectively. The electric power is taken out by bringing the conductive wires 200 and 201 into contact with one point on the inner surface and the outer surface. It is possible to easily provide a small fuel cell that can easily maintain the airtightness of the fuel electrode, has good catalyst supportability, has a flexible shape even when the stack is assembled, and has excellent productivity.

また、特許文献5では、内側から同心円状に、燃料極、固体電解質、空気極の順に層状配置された断面構造を有する、先の閉じたチューブ状の燃料電池において、燃料ガス導入管を挿入して燃料極と電気的に接続している固体酸化物型燃料電池が提案されている。
米国特許第6060188号公報(第1頁) 特開2002−158015号公報(第2頁) 特開平09−223507号公報(第3頁) 特開2002−260685号公報(第1頁) 特開2000−182643号公報(第1頁)
Further, in Patent Document 5, a fuel gas introduction pipe is inserted into a closed tubular fuel cell having a cross-sectional structure in which a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged in a concentric manner in order from the inside. A solid oxide fuel cell electrically connected to the fuel electrode has been proposed.
US Pat. No. 6,060,188 (first page) JP 2002-158015 A (2nd page) JP 09-223507 (page 3) JP 2002-260685 A (first page) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-182643 (first page)

しかしながら、上記の円柱状燃料電池においても、チューブ状燃料電池においても、高分子電解質膜上に形成された触媒電極は極めて薄く、高抵抗であり、結果として燃料電池として取り出せる電力が失われてしまうという課題があった。   However, in both the cylindrical fuel cell and the tubular fuel cell, the catalyst electrode formed on the polymer electrolyte membrane is extremely thin and has high resistance, and as a result, power that can be taken out as the fuel cell is lost. There was a problem.

また、特許文献5では、燃料ガス導入管を電気の取り出しに用いるが、先を閉じたチューブ状燃料電池への燃料の導入に用いるため、燃料ガス導入管の外径により燃料電池の外形は大きくなってしまう。   Further, in Patent Document 5, the fuel gas introduction pipe is used for taking out electricity. However, since the fuel gas introduction pipe is used for introduction of fuel into a tubular fuel cell having a closed end, the outer diameter of the fuel gas introduction pipe is large. turn into.

本発明は、このような事情に鑑み、燃料極の気密性が容易に保持でき、スタックを組み立てるに当たってもその形状に柔軟性があるとともに、電力損失が少なく高効率な燃料電池を提供するものである。   In view of such circumstances, the present invention provides a fuel cell that can easily maintain the airtightness of the fuel electrode, has a flexible shape even when the stack is assembled, and has a low power loss and a high efficiency. is there.

すなわち、本発明は、中空糸状高分子電解質膜の内側面に燃料極を、外側面に酸化剤極を有する燃料電池において、該燃料極に導電性材料よりなる配線電極1が高分子電解質膜の中空糸状の少なくとも開口部から中空部の間に亘って設けられ、該酸化剤極に配線電極2が設けられていることを特徴とする燃料電池である。   That is, according to the present invention, in a fuel cell having a fuel electrode on the inner surface of a hollow fiber polymer electrolyte membrane and an oxidant electrode on the outer surface, the wiring electrode 1 made of a conductive material is formed on the fuel electrode. The fuel cell is characterized in that it is provided between at least an opening portion and a hollow portion of a hollow fiber shape, and a wiring electrode 2 is provided on the oxidant electrode.

また、前記燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤がそれぞれ接触して供給されることを特徴とする。
また、前記中空糸状高分子電解質膜の外側面に設けられた酸化剤極および配線電極2の外側に、さらに酸化剤と水に対して透過性のある絶縁性膜が設けられていることを特徴とする。
The fuel electrode is supplied with fuel, and the oxidant electrode is supplied with oxidant in contact with each other.
In addition, an oxidant electrode provided on the outer surface of the hollow fiber polymer electrolyte membrane and an outer side of the wiring electrode 2 are further provided with an insulating membrane that is permeable to the oxidant and water. And

さらに、上記の燃料電池が複数本束になっている集合体からなり、各燃料電池の配線電極1及び配線電極2が直列接続あるいは並列接続されていることを特徴とする燃料電池である。   Furthermore, the fuel cell is a fuel cell comprising a bundle of a plurality of the fuel cells, wherein the wiring electrode 1 and the wiring electrode 2 of each fuel cell are connected in series or in parallel.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、従来の平板型で積層されていた高分子電解質膜を中空糸状に形成して使用し、中空糸状のチューブの内側面を燃料極、および外側面を空気極とし、各々の電極に配線を電気的に接続することで、上記の課題が一挙に解決できるものであることを見出した。すなわち、中空糸状高分子電解質膜の内側部は気密性に優れているので、特に燃料極を構成するのに適しており、また中空糸状高分子電解質膜の外側部は例えば空気や酸素ガスのような酸化剤の供給、及び発電の結果生成される水の除去に優れているので、特に酸化剤極を構成するのに適している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention uses a polymer electrolyte membrane laminated in a conventional flat plate shape in the form of a hollow fiber, and uses the inner surface of the hollow fiber tube as a fuel electrode and the outer surface as an air electrode. It has been found that the above problems can be solved at once by electrically connecting the wiring. That is, the inner part of the hollow fiber polymer electrolyte membrane is excellent in airtightness, and is particularly suitable for constituting a fuel electrode. The outer part of the hollow fiber polymer electrolyte membrane is, for example, air or oxygen gas. This is particularly suitable for forming an oxidant electrode because it is excellent in supplying a oxidant and removing water generated as a result of power generation.

中空糸状に形成すれば、中空糸状高分子電解質膜を細くすることによって小型化に対応できるのみならず、中空糸状高分子電解質膜の長さや膜の厚さを適宜設計することにより、出力電力を制御可能である。更に中空糸状の高分子電解質膜は形状柔軟性に優れているのみならず強度も保てるため、燃料電池の設計で問題となるスタック材料の問題も解決できる。   If formed into a hollow fiber shape, not only can the size be reduced by thinning the hollow fiber polymer electrolyte membrane, but the output power can be reduced by appropriately designing the length and thickness of the hollow fiber polymer electrolyte membrane. It can be controlled. Furthermore, since the hollow-fiber polymer electrolyte membrane not only has excellent shape flexibility but also maintains strength, it can solve the problem of the stack material, which is a problem in the design of fuel cells.

該中空糸状高分子電解質膜において、特に内側面に形成する配線電極を線状の導電性材料とすることにより、内側面極との電気的な接続が容易で、製造方法の容易な配線電極とすることが可能である。該導電性材料からなる配線電極は、該中空糸状電解質膜の中空糸状の少なくとも開口部から中空部の間に亘って設けられているため、集電効果が高く、高効率な発電が可能となる。   In the hollow fiber polymer electrolyte membrane, the wiring electrode formed on the inner side surface is made of a linear conductive material, so that the electrical connection with the inner side electrode is easy and the manufacturing method is easy. Is possible. Since the wiring electrode made of the conductive material is provided from at least the opening to the hollow portion of the hollow fiber electrolyte membrane between the hollow portion and the hollow portion, it has a high current collecting effect and enables highly efficient power generation. .

中空糸状高分子電解質膜を用いた本発明の燃料電池は、複数本を束にすることは容易で、各燃料電池に付いた配線電極1、及び配線電極2は中空糸状高分子電解質膜の外部において結線が容易なため、直列接続、並列接続、あるいはそれらの組合せにおいて電気的に接続することで、任意の出力電圧、出力電流を制御することが可能である。   In the fuel cell of the present invention using the hollow fiber polymer electrolyte membrane, it is easy to bundle a plurality of fuel cells. The wiring electrode 1 and the wiring electrode 2 attached to each fuel cell are external to the hollow fiber polymer electrolyte membrane. Therefore, it is possible to control arbitrary output voltage and output current by electrical connection in series connection, parallel connection, or a combination thereof.

該中空糸状高分子電解質膜の外側面に酸化剤極、配線電極2、さらに外周部に酸化剤ガスと水に対して透過性のある絶縁性膜が形成されていることにより、複数本を束にした際、該中空糸状電解質膜の外側部に酸化剤ガスの供給流路が確保されるため、各燃料電池は効率よく発電することが可能となる。   A plurality of bundles are bundled by forming an oxidizer electrode and wiring electrode 2 on the outer surface of the hollow fiber polymer electrolyte membrane and an insulating membrane permeable to oxidant gas and water on the outer periphery. In this case, since the supply path for the oxidant gas is secured on the outer side of the hollow fiber electrolyte membrane, each fuel cell can efficiently generate power.

本発明によれば、中空糸状高分子電解質膜を用いることにより、適用する機器に従属する形状に形成することができ、極めて柔軟性に富んだ小型化が容易な軽量の低温型燃料電池を容易に構成できる。   According to the present invention, by using a hollow fiber polymer electrolyte membrane, it is possible to form a shape depending on the device to be applied, and to easily form a lightweight low-temperature fuel cell that is extremely flexible and easy to downsize. Can be configured.

また電極配線を中空糸状の少なくとも開口部から中空部の間に亘って形成することにより、出力電力を高効率に取り出すことが出来る燃料電池を実現できる。
また、燃料極を中空糸状の内側に形成し、酸化剤極を中空糸状の外側に形成することで、燃料の注入が容易であり、酸化剤ガスの供給が効率的で、また生成水の除去が容易となり、また燃料のリークを起こすことはなく、シール材料の選択などの面倒な問題は生じない。
Further, by forming the electrode wiring from at least the hollow portion to the hollow portion in the form of a hollow fiber, it is possible to realize a fuel cell that can extract output power with high efficiency.
In addition, the fuel electrode is formed inside the hollow fiber and the oxidant electrode is formed outside the hollow fiber so that the fuel can be easily injected, the oxidant gas can be supplied efficiently, and the generated water can be removed. In addition, it does not cause fuel leakage, and troublesome problems such as selection of a sealing material do not occur.

さらに、該燃料電池を直列、並列、またはそれらの組合せにおいて電気的に接続することで、大電力を所望の電圧および電流として取り出すことが可能となり、安価で大量生産が可能な燃料電池を実現した。   Furthermore, by electrically connecting the fuel cells in series, parallel, or a combination thereof, it is possible to extract a large amount of electric power as a desired voltage and current, thereby realizing a fuel cell capable of mass production at low cost. .

本発明の燃料電池は、中空糸状高分子電解質膜の内側面に燃料極を、外側面に酸化剤極を有する燃料電池において、燃料は該燃料極に、酸化剤は該酸化剤極にそれぞれ接触しており、該燃料極に導電性線材よりなる配線電極1が、該酸化剤極に配線電極2が各々電気的に接続しており、該配線電極1が該中空糸状高分子電解質膜の中空糸状の少なくとも開口部8から中空部9の間に亘って設けられていることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a fuel cell having a fuel electrode on the inner side of a hollow fiber polymer electrolyte membrane and an oxidant electrode on the outer side, wherein the fuel contacts the fuel electrode and the oxidant contacts the oxidant electrode. The wiring electrode 1 made of a conductive wire is electrically connected to the fuel electrode, and the wiring electrode 2 is electrically connected to the oxidant electrode, and the wiring electrode 1 is hollow in the hollow fiber polymer electrolyte membrane. It is characterized by being provided between at least the opening 8 and the hollow portion 9 in the form of a thread.

本発明の一実施の形態として、燃料電池の具体的な構成を図面にしたがって説明する。
図1は本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた燃料電池を示す概略図であり、図1(a)は正面図、図1(b)はA−A’線断面図である。特にガス状の燃料、例えば水素、メタノールガスなどとするときに適した燃料電池の構成である。
As an embodiment of the present invention, a specific configuration of a fuel cell will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing a fuel cell using the hollow fiber polymer electrolyte membrane of the present invention, FIG. 1 (a) is a front view, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view along the line AA ′. In particular, the fuel cell configuration is suitable when a gaseous fuel such as hydrogen or methanol gas is used.

図1において、固体電解質膜は高分子電解質できた中空糸状膜であり、その内側面には白金粒子が化学メッキ法で析出固定されているか、または白金を担持したカーボン粒子が塗布されている白金粒子層がある。中空糸状膜の内側には触媒を有する燃料極に接触するように、水素またはメタノールが導入される。   In FIG. 1, the solid electrolyte membrane is a hollow fiber membrane made of a polymer electrolyte, and platinum particles are deposited and fixed on the inner surface by a chemical plating method or platinum coated with carbon particles is applied. There is a particle layer. Hydrogen or methanol is introduced inside the hollow fiber membrane so as to be in contact with the fuel electrode having the catalyst.

中空糸状膜の外側面には白金粒子が化学メッキ法により析出固定されており、白金粒子は触媒として作用し、外部の空気に接することによって酸化剤極を構成する。
高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボン系、非パーフルオロ系、ハイブリッド系等のイオン交換膜が適応可能である。特に、パーフルオロスルフォン酸系電解質膜、パーフルオロカルボン酸系膜、スチレンビニルベンゼン系膜、4級アンモニウム系アニオン交換膜などを適宜選択することができる。更に、電解質膜として、例えばベンズイミダゾール系ポリマーにリン酸を配位させたものや、ポリアクリル酸に濃厚水酸化カリウム濃液を含浸させた膜も有効である。商品としては、Du Pont社の「Nafion」、旭硝子株式会社の「フレミオン」、旭化成株式会社の「アシプレックス」等が市販されている。本発明で用いられる高分子電解質膜は、高プロトン伝導性を有し、化学的、電気化学的安定性があり、ガス遮断性、機械的強度を有していれば良い。
Platinum particles are deposited and fixed on the outer surface of the hollow fiber membrane by a chemical plating method, and the platinum particles act as a catalyst and constitute an oxidant electrode by being in contact with external air.
As the polymer electrolyte membrane, perfluorocarbon-based, non-perfluoro-based, hybrid-based ion exchange membranes can be applied. In particular, a perfluorosulfonic acid electrolyte membrane, a perfluorocarboxylic acid membrane, a styrene vinylbenzene membrane, a quaternary ammonium anion exchange membrane, or the like can be selected as appropriate. Further, as the electrolyte membrane, for example, a membrane obtained by coordinating phosphoric acid to a benzimidazole polymer or a membrane obtained by impregnating polyacrylic acid with a concentrated potassium hydroxide concentrated solution is also effective. As products, “Nafion” from Du Pont, “Flemion” from Asahi Glass Co., Ltd., “Aciplex” from Asahi Kasei Co., Ltd., etc. are commercially available. The polymer electrolyte membrane used in the present invention only needs to have high proton conductivity, chemical and electrochemical stability, gas barrier properties, and mechanical strength.

燃料極および酸化剤極の触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよびイリジウム等の白金族金属、鉄、コバルト、ニッケル等の鉄族金属等、及びこれらの合金等を用いることが可能で、これらの金属の少なくとも一つが高分子膜の内側表面および外側表面に化学めっき法で析出固定される。これらの触媒は金属粉を膜面に塗布または圧着して固定することもできる。また、触媒金属は、炭素粒子の表面に微粒子状に分散し、その触媒担持炭素粒子を中空糸状膜の内外側面に固定する方法もある。さらに、前記したように、触媒担持炭素粒子を中空糸状膜の内側に充填することもできる。燃料極および酸化剤極は、中空糸状膜の内側面を燃料極に、外側面を酸化剤極とするのが好ましい。   As the catalyst for the fuel electrode and the oxidant electrode, platinum group metals such as platinum, rhodium, palladium, ruthenium and iridium, iron group metals such as iron, cobalt and nickel, and alloys thereof can be used. At least one of these metals is deposited and fixed on the inner and outer surfaces of the polymer film by chemical plating. These catalysts can also be fixed by applying metal powder to the film surface or pressing. There is also a method in which the catalyst metal is dispersed in the form of fine particles on the surface of the carbon particles and the catalyst-supporting carbon particles are fixed to the inner and outer surfaces of the hollow fiber membrane. Furthermore, as described above, the catalyst-supporting carbon particles can be filled inside the hollow fiber membrane. The fuel electrode and the oxidant electrode preferably have the inner surface of the hollow fiber membrane as the fuel electrode and the outer surface as the oxidant electrode.

このように、燃料極および空気極の触媒の種類と担持量、触媒の担持法については、固体高分子型燃料電池を構成するに際し従来から用いられている技術、および固体高分子膜を用いた水電解法における電極を構成するに際し従来から用いられている技術をそのまま採用することができる。   As described above, the types and loadings of the catalyst for the fuel electrode and the air electrode, and the loading method of the catalyst, the technology conventionally used in constructing the solid polymer fuel cell and the solid polymer membrane were used. In constructing the electrode in the water electrolysis method, a conventionally used technique can be employed as it is.

本発明の主眼である電力取り出し用の配線電極は導電性材料で形成されるが、図1に表示したように中空糸状電解質膜の内側と外側の表面上に中空糸の長手方向に密着して形成されていても良い。材料はAu、Ag,Al,Cu等、一般に用いられる導電性の金属の他、白金族、鉄族等も適している。また、導電性高分子材料、導電性グラファイト等を主成分とする導電性カーボンでも良い。さらに、中空糸電解質膜の内部に詰められた多孔質粒子が低抵抗の場合、この多孔質粒子を配線に用いることも可能である。
後述するように、該中空糸状電解質膜内部に集電体を形成する点から、低融点な金属やはんだ等の合金も用いられる。
The wiring electrode for power extraction, which is the main point of the present invention, is formed of a conductive material. As shown in FIG. 1, the wiring electrode is in close contact with the inner and outer surfaces of the hollow fiber electrolyte membrane in the longitudinal direction of the hollow fiber. It may be formed. In addition to commonly used conductive metals such as Au, Ag, Al, and Cu, materials such as platinum, iron, and the like are also suitable. Further, conductive carbon mainly composed of a conductive polymer material, conductive graphite, or the like may be used. Furthermore, when the porous particles packed in the hollow fiber electrolyte membrane have a low resistance, the porous particles can be used for wiring.
As will be described later, low melting point metals and alloys such as solder are also used from the viewpoint of forming a current collector inside the hollow fiber electrolyte membrane.

特に、該配線電極は線状である導電性線材が望ましく、断面形状は特に制限はなく、例えば、円、だ円、三角形、四角形、その他の多角形でもよい。配線電極は、中空糸状電解質膜の内側と外側の燃料極および酸化剤極の各電極と電気的に接続しており、その径は該中空糸状電解質膜の内径よりも小さく、およそ数μm〜数mmの径である。   In particular, the wiring electrode is preferably a linear conductive wire, and the cross-sectional shape is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, or another polygon. The wiring electrode is electrically connected to each of the fuel electrode and the oxidant electrode inside and outside the hollow fiber electrolyte membrane, and its diameter is smaller than the inner diameter of the hollow fiber electrolyte membrane, and is about several μm to several The diameter is mm.

また、導電性線材としては、該中空糸状電解質膜内部に集電体を形成する点から、後述するように、形状記憶合金等を用いて配線を内部に固定することも可能である。
また、燃料極に設けられる配線電極1は、中空糸状高分子電解質膜の中空糸状の少なくとも開口部8から中空部9の間に亘って設けられており、配線電極の長さは中空糸状の長さの1/2以上、好ましくは4/5〜1以上であればよい。その長さは該中空糸状電解質膜の長手方向の長さ程度が望ましい。配線電極は、中空糸状電解質膜の長手方向に対して直線状または曲線状に配置してもよい。また、配線電極1は中空糸状の中空部を貫通していてもよい。
As the conductive wire, it is also possible to fix the wiring inside using a shape memory alloy or the like as will be described later in view of forming a current collector inside the hollow fiber electrolyte membrane.
The wiring electrode 1 provided on the fuel electrode is provided from at least the hollow fiber-like opening 8 to the hollow part 9 of the hollow fiber-shaped polymer electrolyte membrane, and the length of the wiring electrode is the length of the hollow fiber-shaped polymer electrolyte membrane. The thickness may be ½ or more, preferably 4/5 to 1 or more. The length is preferably about the length in the longitudinal direction of the hollow fiber electrolyte membrane. The wiring electrode may be arranged linearly or curvedly with respect to the longitudinal direction of the hollow fiber electrolyte membrane. Moreover, the wiring electrode 1 may penetrate the hollow part of a hollow fiber shape.

本発明においては、燃料極に設けられる配線電極1は、中空糸状高分子電解質膜の中空糸状の少なくとも開口部から中空部の間に亘って設けられているので、柔軟な該中空糸状燃料電池の補強、及び所望の形状維持の利点が得られる。   In the present invention, the wiring electrode 1 provided on the fuel electrode is provided from at least the opening to the hollow part of the hollow fiber-like polymer electrolyte membrane between the hollow part, so that the flexible hollow fiber-like fuel cell is Advantages of reinforcement and desired shape maintenance are obtained.

また、酸化剤極に設けられる配線電極2は、中空糸状高分子電解質膜の外側に設けられており、配線電極の長さは中空糸状の長さの1/2以上、好ましくは4/5〜1以上であればよい。また、配線電極2は中空糸状の長さと同じかまたはそれ以上でもよい。   The wiring electrode 2 provided on the oxidizer electrode is provided outside the hollow fiber polymer electrolyte membrane, and the length of the wiring electrode is ½ or more of the hollow fiber length, preferably 4/5 to 5/5. One or more is sufficient. Further, the wiring electrode 2 may be equal to or longer than the hollow fiber length.

また、酸化剤極に設けられる配線電極2は、上記の様に中空糸状高分子電解質膜の外側に配線電極2に亘って設けられているので、柔軟な該中空糸状燃料電池の補強、及び所望の形状維持の利点が得られる。   In addition, since the wiring electrode 2 provided on the oxidizer electrode is provided across the wiring electrode 2 outside the hollow fiber polymer electrolyte membrane as described above, the reinforcement of the flexible hollow fiber fuel cell and the desired The advantage of maintaining the shape is obtained.

配線電極1および配線電極2は、図1に示す様に各電極を挟んで設けられていてもよく、また図2に示す様に各電極を挟まないで離れて設けられていてもよい。
該中空糸状高分子電解質膜の太さ、長さ、および膜厚は燃料電池に必要な出力、適用する機器等に応じて適宜設定できるが、その範囲は中空糸状電解質膜の内径:数十μm〜数十mm、膜厚:数μm〜数mm、長さ:数mm〜数mである。また、該中空糸状燃料電池の一端は燃料供給のために燃料蓄積部に連結しており、他端は閉じているかまたは燃料蓄積部に連結している。
The wiring electrode 1 and the wiring electrode 2 may be provided so as to sandwich each electrode as shown in FIG. 1, or may be provided apart from each other as shown in FIG.
The thickness, length, and film thickness of the hollow fiber-like polymer electrolyte membrane can be appropriately set according to the output required for the fuel cell, the equipment to be applied, etc. The range is the inner diameter of the hollow fiber-like electrolyte membrane: several tens of μm To several tens of mm, film thickness: several μm to several mm, and length: several mm to several m. In addition, one end of the hollow fiber fuel cell is connected to the fuel storage unit for supplying fuel, and the other end is closed or connected to the fuel storage unit.

燃料は、気体または液体状態で中空糸状高分子電解質膜の内側または外側の燃料極と接触させるものであるが、これらは連続的または継続的に送給することもできるが、その燃料極側空間に充填しておいてもよい。酸化剤は中空糸状高分子電解質膜の酸化剤極側を通し酸化剤極と接触させる。電解質が中空糸状膜であるため、中空糸状膜の内側部は気密性があり漏れはなく、特別な流路やセパレータなどを用いなくても燃料と酸化剤との混合のおそれがない。また、中空糸状膜が差圧に耐えるためガス圧の制御や加圧を容易に行うことができる。   The fuel is in contact with the fuel electrode inside or outside the hollow fiber polymer electrolyte membrane in a gas or liquid state, and these can be fed continuously or continuously. It may be filled in. The oxidizing agent is brought into contact with the oxidizing agent electrode through the oxidizing agent electrode side of the hollow fiber polymer electrolyte membrane. Since the electrolyte is a hollow fiber membrane, the inner portion of the hollow fiber membrane is airtight and leak-free, and there is no risk of mixing the fuel and oxidant without using a special channel or separator. Further, since the hollow fiber membrane withstands the differential pressure, the gas pressure can be easily controlled and pressurized.

本発明の小型燃料電池は、出力密度が高く、作動温度が100℃以下と低いことから長期的な耐久性が期待でき、取り扱いが容易であることから、携帯電話、カメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコン等の携帯機器や可搬型の電源として利用することができる。なお、本発明では中空糸状高分子電解質膜を用いた燃料電池の電力取り出し電極を構成することに特徴があり、触媒の選択、触媒層の形成法、燃料の選択、燃料及び空気の供給方法など燃料電池の設計面に関しては何らこれらに制限されることはない。   Since the small fuel cell of the present invention has a high output density and an operating temperature as low as 100 ° C. or less, long-term durability can be expected, and since it is easy to handle, it is a mobile phone, a camera, a video camera, a notebook type It can be used as a portable device such as a personal computer or a portable power source. The present invention is characterized in that it constitutes a power extraction electrode of a fuel cell using a hollow fiber polymer electrolyte membrane, such as catalyst selection, catalyst layer formation method, fuel selection, fuel and air supply method, etc. The design of the fuel cell is not limited to these.

本発明の第1の実施例を図1を参照して説明する。
本発明の中空糸状電解質電極接合体には、内径0.3mm、外径0.5mm、長さ50mmの中空糸状フレミオン(旭硝子(株)製商品名)電解質膜1の内側面と外側面に化学メッキ法で白金の析出層を形成し、これを触媒機能を有する燃料電極2、及び酸化剤電極3として構成した。この後、中空糸状接合体(チューブ)の内側に配線電極として、長さ60mm、80μm径の金メッキ硬鋼線(鈴木金属工業(株))を挿入し、燃料極側の配線電極1(4)とした。外側配線電極2(5)にも、同様の銅線を用いた。両配線電極に張力を与えて上記二つの配線電極により両側から挟むことによりしっかりと側面の電極に接続することで、燃料電池の電力出力の取り出し電極となる。該配線電極1及び配線電極2の固定に関しては、燃料極、及び酸化剤極と電気的な接続が取れればよく、固定方法はいかなる手段でも良い。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The hollow fiber electrolyte electrode assembly of the present invention has a chemical structure on the inner and outer surfaces of a hollow fiber Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having an inner diameter of 0.3 mm, an outer diameter of 0.5 mm, and a length of 50 mm. A platinum deposition layer was formed by plating, and this was configured as a fuel electrode 2 and an oxidizer electrode 3 having a catalytic function. Thereafter, a gold-plated hard steel wire (Suzuki Metal Industry Co., Ltd.) having a length of 60 mm and a diameter of 80 μm is inserted as a wiring electrode inside the hollow fiber-like joined body (tube), and the wiring electrode 1 (4) on the fuel electrode side It was. A similar copper wire was also used for the outer wiring electrode 2 (5). By applying tension to both wiring electrodes and sandwiching them from both sides by the two wiring electrodes, they are firmly connected to the electrodes on the side surface, thereby becoming an output electrode for the power output of the fuel cell. The wiring electrode 1 and the wiring electrode 2 may be fixed as long as they can be electrically connected to the fuel electrode and the oxidant electrode, and any fixing method may be used.

次に、中空糸状フレミオンの一端部を閉鎖し、他端から内部へ水素を導入して内壁白金析出層を燃料極2とし、一方外側に形成させた白金析出物層を空気極3として、各配線端子(4,5)を接続することにより、水素燃料電池の単セルを構成した。   Next, one end of the hollow fiber-shaped Flemion is closed, hydrogen is introduced into the inside from the other end, the inner wall platinum deposit layer is used as the fuel electrode 2, and the platinum deposit layer formed on the outer side is used as the air electrode 3, By connecting the wiring terminals (4, 5), a single cell of the hydrogen fuel cell was configured.

これにより、水素の機密性に優れ、酸素の供給に優れ、生成水の除去に優れた燃料電池が形成できた。中空糸状燃料電池の場合、側壁面全てが反応面となるため、大きな電流を得ることが出来た。   As a result, a fuel cell having excellent hydrogen confidentiality, excellent oxygen supply, and excellent removal of produced water could be formed. In the case of the hollow fiber fuel cell, since all the side wall surfaces became reaction surfaces, a large current could be obtained.

図2に第2の実施例を示す。
図2は本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた他の燃料電池を示す概略図であり、図2(a)は正面図、図2(b)はB−B’線断面図である。
FIG. 2 shows a second embodiment.
FIG. 2 is a schematic view showing another fuel cell using the hollow fiber polymer electrolyte membrane of the present invention, FIG. 2 (a) is a front view, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view along the line BB ′. .

本実施例では、配線電極1(14)、及び配線電極2(15)はそれぞれ燃料電極と酸化剤電極に固定されている。実施例1と同様に中空糸状電解質膜11上に、燃料極12、酸化剤極13まで形成し、その後、内部に配線電極1(14)、外部に配線電極2(15)を形成する。   In this embodiment, the wiring electrode 1 (14) and the wiring electrode 2 (15) are fixed to the fuel electrode and the oxidant electrode, respectively. Similarly to Example 1, the fuel electrode 12 and the oxidant electrode 13 are formed on the hollow fiber electrolyte membrane 11, and then the wiring electrode 1 (14) is formed inside and the wiring electrode 2 (15) is formed outside.

製造方法の一例は、例えば、低融点な金属や合金等の導電線を中空糸状電解質膜の内部に通した後、外部より加熱、または誘導加熱等により軟化、さらには溶融して付着させる。または、例えば、中空糸状電解質膜を形成する際に何らかの方法で配線も形成しながら中空糸膜を形成することも可能である。   As an example of the manufacturing method, for example, a conductive wire such as a low melting point metal or alloy is passed through the inside of the hollow fiber electrolyte membrane, and then softened or melted and attached by heating or induction heating from the outside. Alternatively, for example, when forming a hollow fiber electrolyte membrane, it is possible to form a hollow fiber membrane while also forming wiring by some method.

図3に第2の実施例を示す。
図3は本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた他の燃料電池を示す概略図であり、図3(a)は正面図、図3(b)はC−C’線断面図である。
FIG. 3 shows a second embodiment.
FIG. 3 is a schematic view showing another fuel cell using the hollow fiber polymer electrolyte membrane of the present invention, FIG. 3 (a) is a front view, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along the line CC ′. .

内部の配線電極1(24)が螺旋構造をもった構造で、中空糸状電解質膜21の内側部の燃料電極22との設置面積が増え電気的な接続を確実にでき、電圧降下を抑制できる。
製造方法は、燃料極22と酸化剤極23が形成された後に、例えば、中空糸状電解質膜21の内径程度の径をした螺旋状に形状記憶させた形状記憶合金材料からなる配線電極線1(24)を伸ばして、前記中空糸状電解質膜内部へ通し、その後、加熱することで螺旋形状に戻すということで実現できる。その後、外側部に配線電極2(25)を接続させる。
With the internal wiring electrode 1 (24) having a spiral structure, the installation area with the fuel electrode 22 inside the hollow fiber electrolyte membrane 21 is increased, electrical connection can be ensured, and voltage drop can be suppressed.
In the manufacturing method, after the fuel electrode 22 and the oxidant electrode 23 are formed, for example, the wiring electrode wire 1 (made of a shape memory alloy material in which the shape memory is spirally memorized with a diameter approximately equal to the inner diameter of the hollow fiber electrolyte membrane 21 ( 24) can be extended, passed through the hollow fiber electrolyte membrane, and then heated to return to the helical shape. Thereafter, the wiring electrode 2 (25) is connected to the outer side.

本実施例により、電力取り出し用配線を自己保持することが出来るために、組み立て時のレイアウトの自由度が高くなり、燃料電極との接続が確実となる。   According to this embodiment, since the power extraction wiring can be self-held, the degree of freedom in layout during assembly is increased, and the connection with the fuel electrode is ensured.

図4および図5は本発明を実施した燃料電池システムの例である。
図4および図5は本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた他の燃料電池を示す概略図であり、図4は、本発明の燃料電池システムの概略斜視図であり、図5は、図4中D−D’断面におけるセル部の断面構造図である。
4 and 5 show examples of fuel cell systems in which the present invention is implemented.
4 and 5 are schematic views showing another fuel cell using the hollow fiber polymer electrolyte membrane of the present invention, FIG. 4 is a schematic perspective view of the fuel cell system of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of a cell portion in a DD ′ cross section in FIG.

該燃料電池システムは、燃料蓄積部103と燃料部筐体102、セル部筐体100と酸化剤供給のための窓付き筐体(セル部筐体上の孔)101、該燃料部とセル部をつなぐ燃料接合部104、各セルからの出力電力を結線する結線部105、電力取り出し用の電力出力端子106を少なくとも有している。   The fuel cell system includes a fuel storage section 103 and a fuel section casing 102, a cell section casing 100 and a casing with a window (hole on the cell section casing) 101 for supplying an oxidant, the fuel section and the cell section. At least a power connection terminal 105 for connecting output power from each cell, and a power output terminal 106 for extracting power.

各セルは中空糸状電解質電極接合体31の内側に配線電極1(34)、外側に配線電極2(35)から構成され、複数本束にされて、各セルの内部を燃料雰囲気36、外部を酸化剤雰囲気37とすることで、発電する。   Each cell is composed of a wiring electrode 1 (34) on the inside of the hollow fiber electrolyte electrode assembly 31 and a wiring electrode 2 (35) on the outside. Electric power is generated by using the oxidant atmosphere 37.

該燃料部は、水素吸蔵合金やカーボン系水素吸蔵体等の水素吸蔵体やメタノール等を蓄積する部分である。
該燃料部とセル部をつなぐ燃料供給部は、水素、メタノール等のセルへの供給接続部を意味し、燃料改質型燃料の場合には燃料改質器を有している場合もある。各中空糸状電解質膜内部へ燃料を供給する方法は、従来のイオン交換器等に用いられている治具を用いることで可能である。本実施例では、燃料を供給する側の中空糸状電解質膜は開いており、他方は燃料が漏れないように閉じている。
The fuel portion is a portion that accumulates a hydrogen storage body such as a hydrogen storage alloy or a carbon-based hydrogen storage body, methanol, or the like.
The fuel supply section connecting the fuel section and the cell section means a supply connection section to a cell such as hydrogen or methanol, and in the case of a fuel reforming type fuel, it may have a fuel reformer. A method of supplying fuel into each hollow fiber electrolyte membrane is possible by using a jig used in a conventional ion exchanger or the like. In this embodiment, the hollow fiber electrolyte membrane on the fuel supply side is open, and the other is closed so that fuel does not leak.

酸化剤供給のための窓付き筐体(セル部筐体上の孔)101は、空気がセル部へ取り込まれれば良く、酸化剤供給のための窓に関しては、窓の大きさ、数、位置等に関しては特に問わない。   The casing 101 with a window for supplying the oxidant (hole on the cell unit casing) is sufficient if air is taken into the cell part. With respect to the window for supplying the oxidant, the size, number, and position of the window There is no particular problem with respect to the above.

実施例1で説明した中空糸セルの場合、セル部1cm径の中には、100本以上バンドルすることが可能である。この場合、各セルは並列接続されているため、出力電圧は各セルの出力電圧と同一であるが、出力電流は1本のセルの100倍となる。   In the case of the hollow fiber cell described in Example 1, 100 or more bundles can be bundled in the 1 cm diameter of the cell part. In this case, since the cells are connected in parallel, the output voltage is the same as the output voltage of each cell, but the output current is 100 times that of one cell.

本発明では酸化剤極は同電位となるように表記されているが、各中空糸状セルの酸化剤極は絶縁されるように配置されれば、出力電力の電圧と電流の制御が可能となる。また、各セルからの出力電力を結線する部分105は、該燃料部とセル部をつなぐ燃料供給部(接合部)104と同一部分で行なわれても良い。   In the present invention, the oxidant electrode is shown to have the same potential, but if the oxidant electrode of each hollow fiber cell is arranged so as to be insulated, the voltage and current of the output power can be controlled. . Further, the portion 105 connecting the output power from each cell may be performed in the same portion as the fuel supply portion (joining portion) 104 connecting the fuel portion and the cell portion.

本実施例は、各セルを形成後、酸化剤極側の配線電極を形成後にガス透過性の絶縁性膜で被覆することにより、各セルからの出力電圧と出力電流を独立に制御することを可能とした。ここで、絶縁膜は、多孔質のセラミックスでも、絶縁性の高分子でもよい。さらに、各セルが接触しないようにスペーサが間に入っていても良い。   In this example, after forming each cell, the wiring electrode on the oxidant electrode side is formed and then covered with a gas-permeable insulating film, thereby independently controlling the output voltage and output current from each cell. It was possible. Here, the insulating film may be a porous ceramic or an insulating polymer. Furthermore, spacers may be interposed between the cells so as not to contact each other.

図6および図7は本発明を実施した燃料電池システムの例である。
図6は、本発明の燃料電池システムの概略斜視図であり、図7は、図6中E−E’断面におけるセル部の断面構造図である。
6 and 7 show examples of the fuel cell system in which the present invention is implemented.
FIG. 6 is a schematic perspective view of the fuel cell system of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram of the cell portion in the section EE ′ in FIG.

本実施例の燃料電池システムは、燃料蓄積部113と燃料部筐体112、セル部筐体110と酸化剤供給のための窓付き筐体(セル部筐体上の孔)111、該燃料部とセル部をつなぐ燃料接合部114、各セルからの出力電力を結線する結線部115、電力出力電極116を少なくとも有している。   The fuel cell system of the present embodiment includes a fuel storage unit 113 and a fuel unit casing 112, a cell unit casing 110, a casing with a window for supplying an oxidant (a hole on the cell unit casing) 111, the fuel unit And at least a fuel joining portion 114 that connects the cell portions, a connection portion 115 that connects output power from each cell, and a power output electrode 116.

各セルは中空糸状電解質電極接合体41の内側に配線電極1(44)、外側に配線電極2(45)、さらに外周部にガス透過性の絶縁性膜48から構成されている。該セルを複数本束にして、各セルの内部を燃料雰囲気46、外部を酸化剤雰囲気47とすることで、発電する。   Each cell includes a wiring electrode 1 (44) inside the hollow fiber electrolyte electrode assembly 41, a wiring electrode 2 (45) outside, and a gas-permeable insulating film 48 around the outer periphery. A plurality of the cells are bundled, and electricity is generated by setting the inside of each cell to the fuel atmosphere 46 and the outside to the oxidant atmosphere 47.

合計n本の各セルより発電される電圧をV0 、電流をI0 とすると、n本を束にして、そのうちs本づつ直列にした組をt組(n=st)並列に接続すると、全体として、出力電圧sV0 、出力電流tI0 が得られる。 Assuming that the voltage generated from each of the n cells in total is V 0 and the current is I 0 , when n sets are bundled and s sets in series are connected in t sets (n = st) in parallel, As a whole, an output voltage sV 0 and an output current tI 0 are obtained.

本発明の燃料電池は、燃料極の気密性が容易に保持でき、スタックを組み立てるに当たってもその形状に柔軟性があるとともに、出力密度が高く、作動温度が100℃以下と低いことから長期的な耐久性が期待でき、取り扱いが容易であることから、携帯電話、カメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコン等の携帯機器や可搬型の電源として利用することができる。   The fuel cell according to the present invention can easily maintain the airtightness of the fuel electrode, has a flexible shape even when the stack is assembled, has a high output density, and has a low operating temperature of 100 ° C. or lower. Since durability can be expected and handling is easy, it can be used as a portable power source such as a mobile phone, a camera, a video camera, and a notebook computer, or a portable power source.

本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた燃料電池を示す概略図である。It is the schematic which shows the fuel cell using the hollow fiber-like polymer electrolyte membrane of this invention. 本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた他の燃料電池を示す概略図である。It is the schematic which shows the other fuel cell using the hollow fiber-like polymer electrolyte membrane of this invention. 本発明の中空糸状高分子電解質膜を用いた他の燃料電池を示す概略図である。It is the schematic which shows the other fuel cell using the hollow fiber-like polymer electrolyte membrane of this invention. 本発明の燃料電池システムの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a fuel cell system of the present invention. 図4中D−D’断面におけるセル部の断面構造図である。FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of a cell portion in a D-D ′ cross section in FIG. 4. 本発明の燃料電池システムの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a fuel cell system of the present invention. 図6中E−E’断面におけるセル部の断面構造図である。FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram of a cell portion in the E-E ′ cross section in FIG. 6. 従来の中空糸状燃料電池の概略図である。It is the schematic of the conventional hollow fiber fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

1、11、21 中空糸状電解質膜
2、12、22、32、42 燃料極
3、13、23、33、43 酸化剤極
4、14,24、34、44 配線電極1
5、15、25、35、45 配線電極2
6、16、26、36 燃料
7、17、27、37、47 酸化剤
8 開口部
9 中空部
31、41、51 中空糸状電解質電極接合体
48 ガス透過性の絶縁性膜
56 燃料
100、110 セル部筐体
101、111 セル部筐体上の孔
102、112 燃料部筐体
103、113 燃料蓄積部
104、114 燃料部とセル部の接合部
105、115 出力電力の結線部
106、116 電力出力端子
200 燃料極端子
201 酸化剤極端子
1, 11, 21 Hollow fiber electrolyte membrane 2, 12, 22, 32, 42 Fuel electrode 3, 13, 23, 33, 43 Oxidant electrode 4, 14, 24, 34, 44 Wiring electrode 1
5, 15, 25, 35, 45 Wiring electrode 2
6, 16, 26, 36 Fuel 7, 17, 27, 37, 47 Oxidant 8 Opening 9 Hollow part 31, 41, 51 Hollow fiber electrolyte electrode assembly 48 Gas permeable insulating film 56 Fuel 100, 110 Cell Part casing 101, 111 Hole on cell part casing 102, 112 Fuel part casing 103, 113 Fuel storage part 104, 114 Joint part of fuel part and cell part 105, 115 Connection part 106, 116 of output power Terminal 200 Fuel electrode terminal 201 Oxidant electrode terminal

Claims (4)

中空糸状高分子電解質膜の内側面に燃料極を、外側面に酸化剤極を有する燃料電池において、該燃料極に導電性材料よりなる配線電極1が高分子電解質膜の中空糸状の少なくとも開口部から中空部の間に亘って設けられ、該酸化剤極に配線電極2が設けられていることを特徴とする燃料電池。   In a fuel cell having a fuel electrode on the inner side surface of the hollow fiber polymer electrolyte membrane and an oxidant electrode on the outer side surface, the wiring electrode 1 made of a conductive material is provided in the fuel electrode at least in the hollow fiber shape of the polymer electrolyte membrane. To the hollow portion, and a wiring electrode 2 is provided on the oxidant electrode. 前記燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤がそれぞれ接触して供給されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein fuel is supplied to the fuel electrode and oxidant is supplied to the oxidant electrode. 前記中空糸状高分子電解質膜の外側面に設けられた酸化剤極および配線電極2の外側に、さらに酸化剤と水に対して透過性のある絶縁性膜が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池。   An oxidant electrode provided on the outer surface of the hollow fiber polymer electrolyte membrane and an outer side of the wiring electrode 2 are further provided with an insulating membrane that is permeable to the oxidant and water. The fuel cell according to claim 1 or 2. 請求項1記載の燃料電池が複数本束になっている集合体からなり、各燃料電池の配線電極1及び配線電極2が直列接続あるいは並列接続されていることを特徴とする燃料電池。   2. A fuel cell comprising an assembly in which a plurality of fuel cells according to claim 1 are bundled, wherein the wiring electrode 1 and the wiring electrode 2 of each fuel cell are connected in series or in parallel.
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