JP2007273265A - 液体燃料電池ユニット及び液体燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型で薄型の液体燃料電池ユニットの組立工数の削減と組立作業の簡素化を図り、生産性の高い液体燃料電池ユニットを提供するとともに、液体燃料電池モジュールの組立作業の簡素化と電池性能の向上を図る。
【解決手段】本発明の液体燃料電池ユニットは、電極・電解質一体化物１が、一対の基板３ａ、３ｂの間に複数配置され、基板３ａ、３ｂの表面の一部には、電極・電解質一体化物１と電気的に接触する集電部５ａ、５ｂが配置され、複数の電極・電解質一体化物１は、集電部５ａ、５ｂによって電気的に接続され、基板３ａ、３ｂは方形状に形成され、基板３ａの角部Ａには集電部５ａと電気的に接続された正極外部端子部７ａが設けられ、基板３ｂの角部Ｂには集電部５ｂと電気的に接続された負極外部端子部７ｂが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の単電池を平面上に配置した液体燃料電池ユニット及び液体燃料電池モジュールに関する。

近年、パソコン、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、モバイル機器の電源として需要が増大している。しかし、使用されるコードレス機器の種類によっては、このリチウム二次電池では未だ十分な連続使用時間を保証する程度までには至っていない。

このような状況の中で上記要望に応え得る電池として、電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に水素、メタノールなどの燃料を用いる固体高分子型燃料電池が、リチウムイオン二次電池よりも高エネルギー密度が期待できることから注目されている。なかでも、液体燃料であるメタノールを直接電池の反応に利用する直接メタノール型燃料電池は、電池本体に空気を供給するブロアや燃料を供給するポンプなどを用いなくてもよいため、小型化が可能であり、将来のポータブル電源として有望である（例えば、特許文献１参照。）。

また、最近では、複数の単電池を同一平面上に並べて、それぞれを連結し集電して薄型化を図った液体燃料電池も提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照。）
特開２０００−２６８８３６号公報 特開２００４−１０３２６２号公報 特開２００４−１４１４８号公報 特開２００３−３２３９０２号公報 特開２００３−２８２１３１号公報

しかし、隣り合う単電池を連結して集電しようとすると、その構造が複雑となり、電池性能に寄与しない連結のためのみのスペースを多く必要としてしまう。また、隣り合う単電池を確実に絶縁させながら、効率よく平面上に並べるには、正極、負極、固体電解質からなる電極・電解質一体化物に対して、その両面に一対の集電板を正確に位置合わせして配置するとともに、隣り合う集電板同士も正確に位置合わせして配置する必要がある。

例えば、特許文献２又は特許文献３に記載の集電方法は、発電要素である複数の電極・電解質一体化物を平面状に配置して、一対の集電板で電極・電解質一体化物を挟んで集電を行うものであるが、電極・電解質一体化物に対して一対の集電板の位置、隣り合う集電板の位置をそれぞれ合わせる必要があり、組立が困難である。

また、特許文献４に記載の集電方法は、発電要素である複数の電極・電解質一体化物を平面状に配置した後、アダプター部に装着して電極・電解質一体化物を接続して集電を行うものであるが、同様に、電極・電解質一体化物に対して一対の集電板の位置、隣り合う集電板の位置をそれぞれ合わせる必要があり、組立が困難である。

さらに、特許文献５に記載の集電方法のように、集電板を折り曲げて装着する方法や、隣り合う集電板リード部同士を溶接などで接合する方法もあるが、複雑な溶接工程や積層プロセスが必要で、生産性が低下する問題がある。

本発明は、上記問題を解決したもので、複数の単電池を平面上に配置した液体燃料電池ユニットの構造を改良することで、生産性の高い液体燃料電池ユニットを提供するともに、それを用いた液体燃料電池モジュールを提供するものである。

本発明の液体燃料電池ユニットは、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置された固体電解質と、液体燃料貯蔵部とを含む液体燃料電池ユニットであって、前記正極と、前記負極と、前記固体電解質とは、電極・電解質一体化物を構成し、前記電極・電解質一体化物は、一対の基板の間に複数配置され、前記基板の表面の一部には、前記電極・電解質一体化物と電気的に接触する集電部が配置され、前記複数の電極・電解質一体化物は、前記集電部によって電気的に接続され、前記基板は、方形状に形成され、前記基板の角部には、前記集電部と電気的に接続された外部端子部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の液体燃料電池モジュールは、上記本発明の液体燃料電池ユニットを複数電気的に接続したことを特徴とする。

本発明は、小型で薄型の液体燃料電池ユニットの組立工数の削減と組立作業の簡素化を図ることができ、生産性の高い液体燃料電池ユニットを提供できる。また、本発明により、複数の液体燃料電池ユニットの間を最短距離で接続できるので、液体燃料電池モジュールの組立作業の簡素化と電池性能の向上を図ることができる。

本発明の液体燃料電池ユニットは、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、正極と負極との間に配置された固体電解質と、液体燃料貯蔵部とを含み、正極と、負極と、固体電解質とは、電極・電解質一体化物を構成し、この電極・電解質一体化物は、一対の基板の間に複数配置されている。また、基板の表面の一部には、電極・電解質一体化物と電気的に接触する集電部が配置され、複数の電極・電解質一体化物は、この集電部によって電気的に接続されている。予め、基板に集電部を一体として配置することにより、電池組立時に基板と集電部とを位置合わせする必要がなく、部品点数を削減でき、組立工数を削減できる。

また、上記基板は、方形状に形成され、上記基板の角部には、上記集電部と電気的に接続された外部端子部が設けられている。上記方形状には、長方形状及び正方形状が含まれる。これにより、本発明の液体燃料電池ユニットを複数電気的に接続して液体燃料電池モジュールを構成する場合に、各液体燃料電池ユニットの間を最短距離で接続することができ、ユニット間の電気抵抗を低くでき、液体燃料電池モジュール全体の電池性能を向上できる。また、液体燃料電池モジュールの組立作業も簡素化できるとともに、ユニット間の電気的接続を確実に行うことができる。

上記基板の一方は、凹部を備え、上記基板の他方は、凸部を備え、一対の基板は、この凹部と凸部により相互に嵌合していることが好ましい。これにより、基板同士の接合を確実に行うことができるとともに、組立作業をさらに簡素化できる。

上記集電部は、金属薄膜から形成されていることが好ましい。これにより、液体燃料電池ユニットをより薄型に形成できる。

上記金属薄膜は、銅メッキ、金メッキ、銀メッキ及びハンダメッキよりなる群から選択される少なくとも一種のメッキから形成されていることが好ましい。これらのメッキは導電性が高いからである。

また、上記メッキの厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。この範囲内であれば、液体燃料などによりメッキ表面に腐食が発生しても導電性を確保でき、かつ、メッキ材料を過度に使用することもない。

上記基板は、ガラス入りエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン及びポリエチレンよりなる群から選択される少なくとも１種の樹脂から形成されていることが好ましい。これらの樹脂は剛性が高いため、基板同士を強固に接合でき、その結果、電極・電解質一体化物と集電部との密着度も増して接触抵抗を低減でき、電池性能の向上を図ることができるからである。

また、上記基板の厚さは、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲内であれば、基板の強度を確保しつつ、電池をより薄型に形成できる。

上記集電部は、基板の端部にわたって配置されていることが好ましい。これにより、基板の端部のスペースを集電部相互の接続部に利用できる。

上記電極・電解質一体化物の周囲には、絶縁性弾性体がさらに配置されていることが好ましい。これにより、基板同士の密着度が増して、液体燃料が電池外へ漏れることをより確実に防止できるともに、隣接する電極・電解質一体化物相互間を絶縁することもできる。また、基板同士を強固に接合できるので、電極・電解質一体化物と集電部との密着度も増して接触抵抗を低減でき、電池性能の向上を図ることができる。

上記絶縁性弾性体は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ポリプロピレン、ナイロン及びポリエチレンよりなる群から選択される少なくとも１種の有機高分子材料から形成されていることが好ましい。これらは弾性及び絶縁性が高く、かつ、液体燃料に対する耐性も高いからである。

また、上記絶縁性弾性体の厚さは、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲内であれば、液体燃料が電池外へ漏れることをより確実に防止しつつ、電池をより薄型に形成できる。

上記凹部と上記凸部とは、さらに嵌合突起と嵌合溝とを備え、嵌合突起と嵌合溝とは相互に嵌合していることが好ましい。これにより、上記絶縁性弾性体の反発力や電池反応による電極・電解質一体化物の膨張・収縮に対して、より確実に基板同士を接合できる。

上記基板の凹部の表面であって集電部の周囲には、突起がさらに配置され、上記基板の凸部の表面であって集電部の周囲には、上記突起が挿入される溝がさらに配置されていることが好ましい。これにより、電池組立時に電極・電解質一体化物を確実に集電部の上に配置することができる。

上記液体燃料貯蔵部は、気液分離膜で封孔された気液分離孔をさらに含んでいることが好ましい。これにより、液体燃料を漏液させることなく、放電反応で生成した二酸化炭素などを液体燃料貯蔵部から放出させることができる。

一方、本発明の液体燃料電池モジュールは、上記本発明の液体燃料電池ユニットを複数電気的に接続したものである。本発明の液体燃料電池ユニットを複数電気的に接続することにより、前述のとおり、ユニット間を最短距離で接続することができ、ユニット間の電気抵抗を低くでき、液体燃料電池モジュール全体の電池性能を向上できる。また、液体燃料電池モジュールの組立作業も簡素化できるとともに、ユニット間の電気的接続を確実に行うことができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の液体燃料電池ユニットの一例を示す分解斜視図である。図１において、複数の電極・電解質一体化物１は、一対の絶縁性弾性体２ａ、２ｂを介して、一対の長方形状の基板３ａ、３ｂの間に複数配置される。また、基板３ｂの下には、液体燃料貯蔵部４が配置される。電極・電解質一体化物１は、後述する正極と、負極と、固体電解質膜とを積層して一体化して形成されている。

基板３ａ、３ｂの表面の一部には、電極・電解質一体化物１と電気的に接触する集電部５ａ、５ｂが配置されている。集電部５ａ、５ｂは、基板３ａ、３ｂの端部にわたって配置され、その端部において、正極集電リード部６ａ、負極集電リード部６ｂ、及び正極外部端子部７ａ、負極外部端子部７ｂを形成している。各電極・電解質一体化物１は、基板３ａ、３ｂを接合することにより、上下に配置された正極集電リード部６ａと負極集電リード部６ｂによって一括して電気的に直列に接続される。また、正極外部端子部７ａは基板３ａの角部Ａに配置され、負極外部端子部７ｂは基板３ｂの角部Ｂに配置されている。

図１では、正極外部端子部７ａを角部Ａに配置し、負極外部端子部７ｂを角部Ｂに配置した例を示したが、正極外部端子部７ａを角部Ａ’に又は負極外部端子部７ｂを角部Ｂ’に配置することもできる。

基板３ａ、３ｂは、ガラス入りエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの絶縁性樹脂から形成され、その厚さは、０．３ｍｍ〜５ｍｍに設定されている。また、基板３ａ、３ｂにある程度の弾性を有する絶縁性樹脂を用いることで、上記絶縁性弾性体２ａ、２ｂの使用を省略できる。

液体燃料貯蔵部４は、例えば、ＰＴＦＥ、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの樹脂、ステンレス鋼などの耐食性金属などから形成できる。

集電部５ａ、５ｂは、銅メッキ、金メッキ、銀メッキ、ハンダメッキなどの厚さ１μｍ〜２００μｍの金属薄膜から形成されている。集電部５ａ、５ｂは、基板３ａ、３ｂの表面に無電解銅メッキを行い、その上からさらに金メッキを行うことにより形成することが好ましい。無電解銅メッキは絶縁性樹脂からなる基板３ａ、３ｂへの導電性下地メッキとして安定的であり、金メッキは接触抵抗などの電気的特性、耐食性に優れているからである。下地の銅メッキとその上の金メッキとの間に銀メッキを中間層として設けてもよい。中間層として金メッキよりも安価で電気伝導性が高い銀メッキを用いることにより、所定の厚さの集電部５ａ、５ｂを安価に形成できる。

また、集電部５ａ、５ｂは、基板３ａ、３ｂの表面の一部に、ほぼ同じ大きさで等間隔に配置されていることが好ましい。これにより、集電部５ａ、５ｂを流れる電流密度を平均化できる。

基板３ａには凸部８が設けられ、基板３ｂには凹部９が設けられ、凸部８と凹部９とは相互に嵌合するように形成されている。また、基板３ａには、電極・電解質一体化物１に空気を供給する空気孔１０が設けられ、基板３ｂには、電極・電解質一体化物１に液体燃料を供給する燃料供給孔１１が設けられている。さらに、基板３ａ、３ｂには、液体燃料貯蔵部４に通じる気液分離孔１２が設けられ、基板３ａの気液分離孔１２には、気液分離膜１３が配置されている。

絶縁性弾性体２ａ、２ｂは、電極・電解質一体化物１と気液分離孔１２とに対応する部分に開口部２ａ１、２ａ２、２ｂ１、２ｂ２を備えている。また、絶縁性弾性体２ａ、２ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの有機高分子材料から形成され、その厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍに設定されている。

図２は、図１の液体燃料電池ユニットの一部を組立てた状態の斜視図である。図１に示した本実施形態の液体燃料電池ユニットを組立てる際には、先ず図２に示したように、基板３ｂの凹部９内に、絶縁性弾性体２ａ、２ｂと電極・電解質一体化物１とを挿入する。この状態で、電極・電解質一体化物１の下面に基板３ｂの集電部５ｂが正確に位置合わせされて配置される。その後、基板３ｂの凹部９に基板３ａの凸部８を挿入することで、基板３ｂの集電部５ｂと基板３ａの集電部５ａとの間に電極・電解質一体化物１を正確に配置できるとともに、上下に配置された正極集電リード部６ａと負極集電リード部６ｂとを電気的に接続することができる。さらに、基板３ｂと液体燃料貯蔵部４とを熱溶着などによって接合すれば、本実施形態の液体燃料電池ユニットが完成する。なお、基板３ａ、３ｂと液体燃料貯蔵部４とをボルト締結などにより接合することもできる。

図３は、図１の液体燃料電池ユニットを完全に組立てた状態の斜視図である。図３において、基板３ｂの凹部９と基板３ａの凸部８とが相互に嵌合し、基板３ａと基板３ｂとが、電極・電解質一体化物１を介して接合し、電極集合体２４を形成している。液体燃料電池ユニットは、そのままでも液体燃料電池とし使用できるが、後述するように、複数の液体燃料電池ユニットを電気的に接続することにより、液体燃料電池モジュールとしても使用できる。

図４は、図３のＩ−Ｉ線の断面図であり、図５は、図３のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。但し、図４及び図５は、図面の理解の容易のため、図３に比べて厚さ方向の寸法を拡大して示してある。

図４及び図５において、電極・電解質一体化物１は、正極１４、負極１５、固体電解質膜１６を積層して一体化して形成されている。また、電極・電解質一体化物１は、同一平面上に複数配置されている。

正極１４は、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパなどの多孔性の炭素材料からなる拡散層１４ａと、触媒を担持した炭素粉末からなる触媒層１４ｂとを積層して構成される。正極１４は酸素を還元する機能を有しており、その触媒には、例えば、白金微粒子や、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウム又は金などと白金との合金微粒子などが用いられる。また、触媒層１４ｂには、ＰＴＦＥ樹脂粒子やプロトン交換樹脂粒子が含まれる場合がある。プロトン交換樹脂としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などを用いることができる。拡散層１４ａの触媒層１４ｂ側の表面には撥水性向上のため、ＰＴＦＥ樹脂粒子を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場合もある。

負極１５は、拡散層１５ａと触媒層１５ｂとからなり、燃料からプロトンを生成する機能、即ち燃料を酸化する機能を有しており、例えば、正極と同様に構成することができる。

固体電解質膜１６は、電子伝導性を持たず、プロトン伝導性のみを有する材料により構成される。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜、具体的には、デュポン社製の“ナフィオン膜”（商品名）、旭硝子社製の“フレミオン膜”（商品名）、旭化成工業社製の“アシプレックス膜”（商品名）などの膜を使用できる。その他では、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂膜、スルホン化ポリイミド樹脂膜、硫酸ドープポリベンズイミダゾール膜などを使用できる。

燃料タンクとして機能する液体燃料貯蔵部４内には、負極活物質である液体燃料１７が充填されている。液体燃料１７としては、例えば、メタノール水溶液、エタノール水溶液、ジメチルエーテル、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液などが用いられる。

液体燃料貯蔵部４内の液体燃料１７は、基板３ｂに設けられた燃料供給孔１１を通して、負極１５に供給される。また、液体燃料１７を含浸して保持し且つ負極１５に供給する燃料吸い上げ材１８が、負極１５と接する部分を含む液体燃料貯蔵部４の内部に配置されている。これにより、液体燃料１７が消費されても、液体燃料１７と負極１５との接触が維持されるため、液体燃料１７を最後まで使い切ることができる。燃料吸い上げ材１８としては、ガラス繊維を用いることができるが、液体燃料を含浸可能で、その含浸によって寸法が余り変化せず、化学的にも安定なものであれば他の材料を用いてもよい。

基板３ａには空気孔１０が設けられ、空気孔１０を通して、正極活物質である空気中の酸素が正極１４に供給される。

電極・電解質一体化物１の間には、絶縁性弾性体２ａ、２ｂが配置されている。これにより、基板３ａ、３ｂ同士の密着度が増して、液体燃料１７が電池外へ漏れることをより確実に防止できるとともに、隣接する電極・電解質一体化物１の相互間を絶縁することもできる。また、基板３ａ、３ｂ同士を強固に接合できるので、電極・電解質一体化物１と集電部５ａ、５ｂとの密着度も増して接触抵抗を低減でき、電池性能の向上を図ることができる。

正極１４の拡散層１４ａと、基板３ａの集電部５ａとは、電気的に接続している。また、負極１５の拡散層１５ａと、基板３ｂの集電部５ｂとは、電気的に接続している。隣接する電極・電解質一体化物１の集電部５ａと集電部５ｂとは、前述のように上下に配置された正極集電リード部６ａと負極集電リード部６ｂとが部分的に重なることにより、電気的に接続している。なお、正極集電リード部６ａと負極集電リード部６ｂとは、図４及び図５では図示されていない。

基板３ａ、３ｂには、液体燃料貯蔵部４に通じる気液分離孔１２が設けられ、気液分離孔１２は、脱着可能な気液分離膜１３で封孔されている。気液分離膜１３は細孔を有するＰＴＦＥ製シートから形成でき、放電反応で生成した二酸化炭素などを液体燃料１７を漏液させることなく、液体燃料貯蔵部４から放出させることができる。また、気液分離膜１３を脱着可能とすることで、気液分離孔１２を液体燃料１７を補充する時の充填口としても使用できる。

（実施形態２）
図６は、本発明の液体燃料電池ユニットの他の一例を示す断面図（実施形態１の図５に対応する図）である。図６では、図５と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態の液体燃料電池ユニットは、基板３ａの凸部８の側面に嵌合溝１９ａをさらに設け、基板３ｂの凹部９の側面に嵌合突起１９ｂをさらに設け、嵌合溝１９ａと嵌合突起１９ｂとが嵌合している以外は、実施形態１の液体燃料電池ユニットと同様の構造である。嵌合溝１９ａと嵌合突起１９ｂとが嵌合することにより、絶縁性弾性体２ａ、２ｂの反発力や電池反応による電極・電解質一体化物１の膨張・収縮に対して、より確実に基板３ａ、３ｂ同士を接合できる。

（実施形態３）
図７は、本発明の液体燃料電池ユニットのさらに他の一例を示す一部分解斜視図（実施形態１の図２に対応する図）である。図７では、図２と共通する一部には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態の液体燃料電池ユニットは、液体燃料貯蔵部４を挟むようにして、上下対象に電極・電解質一体化物１、絶縁性弾性体２ａ、２ｂ及び基板３ａ、３ｂを配置した以外は、実施形態１の液体燃料電池ユニットと同様の構造である。本実施形態の構造とすることにより、発電有効面積を２倍にすることができ、液体燃料電池ユニットの出力を増加させることができる。

（実施形態４）
図８は、本発明の液体燃料電池ユニットのさらに他の一例を示す分解斜視図（実施形態１の図１に対応する図）である。図８では、図１と共通する一部には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態の液体燃料電池ユニットは、基板３ｂの集電部５ｂの周囲には、突起２０、２１が設けられ、基板３ａの集電部５ａの周囲には、突起２０、２１が挿入される溝２２、２３が設けられている以外は、実施形態１の液体燃料電池ユニットと同様の構造である。本実施形態の構造とすることにより、複数の電極・電解質一体化物１を、集電部５ａ、５ｂと接する位置に正確に位置合わせすることができる。

（実施形態５）
図９は、実施形態３の液体燃料電池ユニットを２つ組み合わせて構成した本発明の液体燃料電池モジュールの一部分解斜視図である。図９では、図７と共通する一部には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態の液体燃料電池モジュールは、実施形態３の液体燃料電池ユニットを２つ電気的に接続して液体燃料電池モジュールを構成する。前述のとおり、正極外部端子部７ａは基板３ａの角部Ａに配置され、負極外部端子部７ｂは基板３ｂの角部Ｂに配置されている。これにより、２つの液体燃料電池ユニットの間を最短距離で接続することができ、ユニット間の電気抵抗を低くでき、液体燃料電池モジュール全体の電池性能を向上できる。また、液体燃料電池モジュールの組立作業も簡素化できるとともに、ユニット間の電気的接続を確実に行うことができる。この点に関しては、実施形態６及び実施形態７でより具体的に説明する。

（実施形態６）
図１０は、実施形態４の液体燃料電池ユニットを２つ組み合わせて構成した本発明の液体燃料電池モジュールの内部接続と外部接続とを説明する概念図である。図１０では、順に矢印の方向に正極外部端子部７ａ−集電部５ａ−集電部５ｂ−負極集電リード部６ｂ−正極集電リード部６ａ−集電部５ａ−集電部５ｂ−負極集電リード部６ｂ−正極集電リード部６ａ−集電部５ａ−集電部５ｂ−負極外部端子部７ｂ（電極集合体２４）−正極外部端子部７ａ−集電部５ａ−集電部５ｂ−負極集電リード部６ｂ−正極集電リード部６ａ−集電部５ａ−集電部５ｂ−負極集電リード部６ｂ−正極集電リード部６ａ−集電部５ａ−集電部５ｂ−負極外部端子部７ｂ（電極集合体２５）が電気的に接続される。電極集合体２４の負極外部端子部７ｂと電極集合体２５の正極外部端子部７ａとが外部接続されることにより、電極集合体２４と電極集合体２５とが電気的に接続され、電極集合体２４の正極外部端子部７ａと電極集合体２５の負極外部端子部７ｂとが、本実施形態の液体燃料電池モジュールの外部接続端子として機能する。

この様に、本実施形態の液体燃料電池モジュールでは、液体燃料電池ユニットの間を最短距離で平面接続することができ、ユニット間の電気抵抗を低くでき、液体燃料電池モジュール全体の電池性能を向上できる。また、液体燃料電池モジュールの組立作業も簡素化できるとともに、ユニット間の電気的接続を確実に行うことができる。

（実施形態７）
図１１は、図９に示したように液体燃料電池ユニットを組み合わせて構成した本発明の液体燃料電池モジュールの内部接続と外部接続とを説明する概念図であり、表側に電極集合体２４、２５を配置し、その裏側に電極集合体２６、２７を配置した構成を示す。なお、図１１では、図面の理解を容易にするため、電極集合体２４、２５と電極集合体２６、２７とをずらして図示している。図１１では、順に矢印の方向に電極集合体２４の正極外部端子部７ａ−（内部接続）−負極外部端子部７ｂ−（外部接続）−電極集合体２５の正極外部端子部７ａ−（内部接続）−負極外部端子部７ｂ−（外部接続）−電極集合体２６の正極外部端子部７ａ−（内部接続）−負極外部端子部７ｂ（図示せず。）−（外部接続）−電極集合体２７の正極外部端子部７ａ（図示せず。）−（内部接続）−負極外部端子部７ｂが電気的に接続される。これにより、電極集合体２４〜２７が電気的に接続され、電極集合体２４の正極外部端子部７ａと電極集合体２７の負極外部端子部７ｂとが、液体燃料電池モジュールの外部接続端子として機能する。

この様に、本実施形態の液体燃料電池モジュールでも実施形態６と同様に、液体燃料電池ユニットの間を最短距離で接続することができ、ユニット間の電気抵抗を低くでき、液体燃料電池モジュール全体の電池性能を向上できる。また、液体燃料電池モジュールの組立作業も簡素化できるとともに、ユニット間の電気的接続を確実に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

以上説明したように本発明は、液体燃料電池ユニットの組立工数の削減と組立作業の簡素化を図ることができ、生産性の高い小型で薄型の液体燃料電池ユニットを提供できる。また、本発明の液体燃料電池ユニットでは、複数のユニットの間を最短距離で接続できるので、液体燃料電池モジュールの組立作業の簡素化と電池性能の向上を図ることができる。本発明により、液体燃料電池をパソコン、携帯電話などのコードレス機器の電源として用いることが容易となり、コードレス機器の長期連続使用時間を確保できる。

本発明の液体燃料電池ユニットの一例を示す分解斜視図である。 図１の液体燃料電池ユニットの一部を組立てた状態の斜視図である。 図１の液体燃料電池ユニットを完全に組立てた状態の斜視図である。 図３のＩ−Ｉ線の断面図である。 図３のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 本発明の液体燃料電池ユニットの他の一例を示す断面図である。 本発明の液体燃料電池ユニットのさらに他の一例を示す一部分解斜視図である。 本発明の液体燃料電池ユニットのさらに他の一例を示す分解斜視図である。 本発明の液体燃料電池モジュールの一部分解斜視図である。 本発明の液体燃料電池モジュールの内部接続と外部接続とを説明する概念図である。 本発明の液体燃料電池モジュールの内部接続と外部接続とを説明する他の概念図である。

符号の説明

１ 電極・電解質一体化物
２ａ、２ｂ 絶縁性弾性体
２ａ１、２ａ２、２ｂ１、２ｂ２ 開口部
３ａ、３ｂ 基板
４ 液体燃料貯蔵部
５ａ、５ｂ 集電部
６ａ 正極集電リード部
６ｂ 負極集電リード部
７ａ 正極外部端子部
７ｂ 負極外部端子部
８ 凸部
９ 凹部
１０ 空気孔
１１ 燃料供給孔
１２ 気液分離孔
１３ 気液分離膜
１４ 正極
１４ａ 拡散層
１４ｂ 触媒層
１５ 負極
１５ａ 拡散層
１５ｂ 触媒層
１６ 固体電解質膜
１７ 液体燃料
１８ 燃料吸い上げ材
１９ａ 嵌合溝
１９ｂ 嵌合突起
２０、２１ 突起
２２、２３ 溝
２４、２５、２６、２７ 電極集合体

Claims (15)

1. 酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置された固体電解質と、液体燃料貯蔵部とを含む液体燃料電池ユニットであって、
   前記正極と、前記負極と、前記固体電解質とは、電極・電解質一体化物を構成し、
   前記電極・電解質一体化物は、一対の基板の間に複数配置され、
   前記基板の表面の一部には、前記電極・電解質一体化物と電気的に接触する集電部が配置され、
   前記複数の電極・電解質一体化物は、前記集電部によって電気的に接続され、
   前記基板は、方形状に形成され、
   前記基板の角部には、前記集電部と電気的に接続された外部端子部が設けられていることを特徴とする液体燃料電池ユニット。
2. 前記基板の一方は、凹部を備え、前記基板の他方は、凸部を備え、前記一対の基板は、前記凹部と前記凸部により相互に嵌合している請求項１に記載の液体燃料電池ユニット。
3. 前記集電部は、金属薄膜から形成されている請求項１に記載の液体燃料電池ユニット。
4. 前記金属薄膜は、銅メッキ、金メッキ、銀メッキ及びハンダメッキよりなる群から選択される少なくとも一種のメッキから形成されている請求項３に記載の液体燃料電池ユニット。
5. 前記メッキの厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下である請求項４に記載の液体燃料電池ユニット。
6. 前記基板は、ガラス入りエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン及びポリエチレンよりなる群から選択される少なくとも１種の樹脂から形成されている請求項１に記載の液体燃料電池ユニット。
7. 前記基板の厚さは、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項６に記載の液体燃料電池ユニット。
8. 前記集電部は、前記基板の端部にわたって配置されている請求項１に記載の液体燃料電池ユニット。
9. 前記電極・電解質一体化物の周囲には、絶縁性弾性体がさらに配置されている請求項１に記載の液体燃料電池ユニット。
10. 前記絶縁性弾性体は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、ポリプロピレン、ナイロン及びポリエチレンよりなる群から選択される少なくとも１種の有機高分子材料から形成されている請求項９に記載の液体燃料電池ユニット。
11. 前記絶縁性弾性体の厚さは、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１０に記載の液体燃料電池ユニット。
12. 前記凹部と前記凸部とは、さらに嵌合突起と嵌合溝とを備え、前記嵌合突起と前記嵌合溝とは、相互に嵌合している請求項２に記載の液体燃料電池ユニット。
13. 前記基板の凹部の表面であって前記集電部の周囲には、突起がさらに配置され、かつ、前記基板の凸部の表面であって前記集電部の周囲には、前記突起が挿入される溝がさらに配置されている請求項２に記載の液体燃料電池ユニット。
14. 前記液体燃料貯蔵部は、気液分離膜で封孔された気液分離孔をさらに含む請求項１に記載の液体燃料電池ユニット。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の液体燃料電池ユニットを複数電気的に接続したことを特徴とする液体燃料電池モジュール。

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