JP2011508399A - 燃料電池の保護装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、水素・空気燃料電池を備えており、該燃料電池(31)のカソードを閉位置で略密に覆うことが可能な可動要素(32)を更に備えている装置に関する。

Description

本発明は、携帯機器内の水素・空気燃料電池の使用に関する。このような燃料電池は、一般的には、多数のマイクロセルを夫々含んでいる一又は複数のシリコンウェハから形成されている。

水素・空気燃料電池は特に、コンピュータ、電話、音楽読取装置などのような携帯型電子機器への装備が目的とされている。

図１は、超小型電子技術を用いて形成された一体化型マイクロセル燃料電池の一例を示す。この燃料電池は、薄い第１の絶縁層2 とより厚い第２の絶縁層3 とで覆われたシリコンウェハ1 上に形成されている。開口部が、第２の絶縁層3 の燃料電池が形成されている部分に形成されている。この開口部に、触媒担体4 、第１の触媒層5 、電解質6 及び第２の触媒層7 のスタックが収容されている。この層の組立体が、燃料電池の活性スタックを形成している。第１の絶縁層2 上に配置された電極10により、触媒担体4 に燃料電池の下面の接点が得られる。第２の絶縁層3 の開口部により、電極10へのアクセスが可能になる。上部の電極11により、上部の触媒層7 の接点が得られる。電極10,11 は穿孔されており、チャネル12が、電極の下面の金属処理による穿孔と対向してシリコンウェハ1 に形成されている。下側の電極10及び上部の電極11は夫々、アノードコレクタ及びカソードコレクタを形成している。

電解質6 は、例えば固体状のNAFION（ナフィオン、登録商標）のようなポリマー酸であり、第１及び第２の触媒層5,7 は、例えば炭素及び白金系の層である。これは、実施形態の一例に過ぎない。図１に示されているように形成され得る様々なタイプの燃料電池が、当技術で公知である。

燃料電池を作動させるために、水素が、矢印H₂によって示されている方向に下面側から注入されて、空気（酸素担体）が上面側から注入される。水素は、第１の触媒層5 のレベルで「分解されて」、一方では電解質6 に向かうH⁺陽子が形成され、他方ではアノードコレクタ10を通って燃料電池の外部に向かう電子が形成される。H⁺陽子は、電解質6 を横切って第２の触媒層7 に入り、そこでH⁺陽子は、酸素及び電子と再結合して、水の微小な滴を形成する。

図１は正しい縮尺から外れていることを強調する。特に、シリコンウェハ1 の厚さは、通常250 乃至700 μm 程度である一方、触媒担体4 、第１の触媒層5 、電解質6 及び第２の触媒層7 の活性スタックの厚さは、通常30乃至50μm 程度である。

特開２００７−１６５１４８号公報

従来の燃料電池は、図１に示されているタイプの多数のセルが隣接して形成されており、一般的には数百のセルが、同一の基板に一体化されて適切に接続されている。実際には、携帯電話のような携帯機器で使用可能な燃料電池バッテリー（以降、「電池」と呼ぶ）は、（例えば、一辺が２乃至３cmである）数平方センチメートル程度の空気と接する表面積を有する必要がある。

出願人は、以下の点に注目した。このような燃料電池が携帯機器に使用されており、電池が所与の時間使用を停止されるとき、再起動は困難である。すなわち、再起動後の所与の時間燃料電池は所望の公称電流を供給することができない。

従って、本発明の目的は、先行技術の不利点を克服することであり、更に具体的には、（例えば、環境条件に応じて数日間乃至数週間程度の）比較的長く使用されていない期間の後でも、操作されるとすぐに迅速且つ効率的に再起動することが可能な燃料電池を提供することである。

従って、本発明の実施形態は、水素・空気燃料電池を備えており、該燃料電池のカソードを閉位置で略密に覆うことが可能な可動要素を更に備えている装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、前記可動要素の前記燃料電池のカソードを覆う部分が、親水性物質を含有する凹部を有する。

本発明の実施形態によれば、前記可動要素は、フラップを形成するグリッドの組立体から形成されている。

本発明の実施形態は、上記のような装置を備えている携帯電話を提供する。

本発明の実施形態によれば、前記携帯電話は、一要素が他の要素に対して摺動するタイプのスライダ式携帯電話であり、前記燃料電池は、前記燃料電池のカソードが開位置で露出して、前記燃料電池が、対向する要素に画定されている凹部を閉位置で閉じるように２つの摺動要素の内の一方に配置されている。

本発明の実施形態によれば、前記燃料電池は、前記携帯電話のディスプレイの略後ろに配置されている。

本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点を、本発明を限定するものではない具体的な実施形態について添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

マイクロセル燃料電池を概略的に示す図である。 本発明の実施形態を組み込んだ携帯電話の閉位置及び開位置での一例を夫々示す平面図である。 本発明の実施形態を組み込んだ携帯電話の閉位置及び開位置での一例を夫々示す側面図である。 図3Bの一部を示す拡大図である。 本発明の代替実施形態に係る装置を概略的に示す図である。 本発明の別の代替実施形態に係る装置を概略的に示す図である。 本発明の代替実施形態を示す図である。

図2A及び2Bに示された組立体は、スライダ式携帯電話の閉位置及び開位置での一例を夫々示す平面図であり、図3A及び3Bに示された組立体は、スライダ式携帯電話の閉位置及び開位置での一例を夫々示す側面図である。

閉位置では、図2Aは、携帯電話の前面を示しており、図3Aは携帯電話の側面図である。本実施例では、前面は、ディスプレイ21と操作ボタン22及びパイロットランプ23を有する領域とを含んでいる。図3Aに示されているように、携帯電話は、上部要素25及び下部要素26の２つの要素に分割されている。上部要素25は、例えば図示されていないスライドレールにより下部要素26に対して摺動してもよい。

図2B及び3Bに示されているように、開位置では、上部要素が下部要素に対して摺動されたとき、キーボード領域27が前面側に露出して、一般的にはスイッチが作動され、電話を有効状態に設定する。多くの代替スライドシステムと、携帯電話の様態の多くの変形例と、様々なディスプレイ、キー及びパイロットランプの配置の多くの変形例とが可能であり、使用される。平易化するために、非常に単純化された電話の外形が示されており、一般的に製造業者は、より良い使い勝手の実現及び／又は美的配慮のために様々な固有の形状を採用する。

図3A及び3Bに示されているように、上部要素25の下面は凹部を含んでおり、該凹部に、カソードが露出している燃料電池31が挿入されている。下部要素26の上面は凹部32を含んでおり、該凹部32は、携帯電話が閉位置にあるとき燃料電池31のカソードの表面が凹部32の前面に来るように配置されている。携帯電話の上部要素25及び下部要素26の２つが互いに対して摺動された後の開位置では、燃料電池31のカソードの表面は露出される。

従って、携帯電話が開位置（作動位置）にあるとき、燃料電池31の露出面は周囲空気に晒されている。言うまでもなく、燃料電池31の他の表面は、図示されていない水素源又は水素タンクと連通している。閉位置では燃料電池31の前面に来る下部要素26の凹部32は、凹部32が燃料電池31のカソードの表面と共に略密な筐体を画定するような外周縁を有する。これは、図４の拡大図で更に分かり易く示されており、図４には、凹部32の外周縁で対向する面と協働する外周シール33が、燃料電池31の領域の周囲に見られる。この外周シールは、略密な筐体を画定するための手段の可能な一例に過ぎない。凹部32は、湿度を保持することが可能な親水性材料34を含有していることが好ましい。

装置の作動は以下の通りである。開位置では、燃料電池は従来、空気に晒される表面と水素に晒される他の面とを有することにより作動される。好ましい実施形態では、燃料電池31は、上部要素25の反対側の面に配置されたディスプレイの後ろに配置されている。実際には一般的に、携帯電話のユーザは、自身の手をスクリーンの前に置かず、携帯電話のキーを押し易くするためにキーボードの前に置く。従って、ユーザの手は、燃料電池の作動を妨害する可能性が低く、燃料電池のカソードは周囲空気に晒される。

凹部32は、閉位置では燃料電池31の前面にあり、燃料電池を覆う。初めに水を吸収した親水性要素34が凹部32に設けられている場合、閉位置では、燃料電池のカソードは水が飽和された蒸気環境にあり、燃料電池は「乾燥」しない。出願人は、このようにして使用されていない期間中湿度が飽和された空気中で燃料電池のカソードの表面を維持することにより、燃料電池の再起動の際、前記燃料電池は所望の公称電圧及び電流を直ちに供給することが可能であることを確認した。しかしながら、上記の保護がない状態では燃料電池は非常に早く劣化し、すなわち、燃料電池は、特に乾燥した大気では再起動して公称電力を供給可能とするためにある程度の時間がかかる。

燃料電池のカソードを飽和蒸気の大気に晒し続けるために、親水性材料34を凹部32に含有することが好ましい。しかしながら、これは必要ではない。実際には、所与の作動時間後、燃料電池のカソードの表面に水の微小な滴が供給されており、構造体が閉位置に戻されたとき微小な滴は空洞で次第に蒸発し、前記空洞が実際に密である場合、湿度が飽和している大気が維持される。従って、湿度が飽和している大気の長期間に亘る維持が望まれている場合、２つの摺動部分間で組立体が十分に密であることを特に確認する必要があると理解すべきである。

本発明のスライダ式携帯電話への具体的な適用例が、既に説明されている。一般的には、本発明は、パームトップ型コンピュータ又は携帯型ゲームコンソールのようなあらゆる電池を動力とする携帯機器に適用される。本発明は更に、電気装置に接続されるためのスタンドアロン型電圧源（充電器）に適用される。携帯電話の分野では、スライダ式システム以外のシステム、例えばフリップダウン型ディスプレイシステムが存在する。２つの要素を備えており、該２つの要素の内の１つが別の要素に対して可動性であるあらゆる構造では、２つの要素の内の１つが、カソードが露出している燃料電池を備えており、別の要素が、構造体が閉じられているとき燃料電池のカソードに対向して湿度が飽和している略密な空洞を形成するための凹部を備えてもよい。

図５は、本発明に係る装置の第１の変形例を示す。装置は、ヒンジ43によって接合されている２つの部分41,42 から形成されている。装置は、ほとんど完全な開位置で示されている。装置の左側部分41の下面が、カソードが露出している燃料電池又は電池バッテリ31を含んでおり、右側部分42の下部分が凹部32を含んでいる。装置が閉位置に戻されるとき、凹部32は、燃料電池31の外周縁で左側部分41の下面を支持するシール又は別の密封手段33で囲まれている。折り曲げ可能な部分41,42 の上面45,46 が、装置の使用に有用なあらゆる手段を含んでいる。例えば、表面45はスクリーンを含んでおり、表面46はキーボードを含んでいる。本実施形態では、前の実施形態と同様に、燃料電池に供給するための水素カートリッジの位置が示されていない。この水素カートリッジは、左側部分41及び右側部分42の内の一方に挿入され得るか又は差し込まれ得る。

図６は、本発明の別の代替実施形態に係る装置を示す側面図である。装置は、固定部分51及び可動フラップ52の２つの部分を備えている。可動フラップ52は、固定部分51の左側に配置された燃料電池31の上面を覆うべくずらされ得る。固定部分51には、ダクト54によって燃料電池に接続された水素カートリッジ53が差し込まれ得る。

適用例によっては、可動要素は、１つの要素でカバーを画定せず、例えば、スライド式フラップを形成すべく互いに対して摺動する２つのグリッド組立体から形成されてもよい。図７に示されているように、燃料電池31のカソードは、第１のグリッド61及び第２のグリッド62に面している。２つのグリッドは夫々平行なバーから形成されている。２つのグリッドの内の一方は、他方に対して摺動することが可能である。図７では、構造体が中間位置で示されている。グリッド61のバーとグリッド62のバーとが互いに対向するとき、燃料電池の組立体31の上面が空気の酸素に晒されていると理解すべきである。２つのグリッドが互い違いの位置にあるとき、閉じた構造体は、上部のグリッド62の下面が好ましくは親水性材料63を支持した状態で、燃料電池がグリッド61の下面及びグリッド62の下面に対向するように上記の燃料電池31を形成する。

Claims (5)

1. 水素・空気燃料電池を備えており、該燃料電池(31)のカソードを閉位置で略密に覆うことが可能な可動要素(32)を更に備えている装置において、
   前記可動要素の前記燃料電池(31)のカソードを覆う部分が、親水性物質(34)を含有する凹部を有することを特徴とする装置。
2. 前記可動要素は、フラップを形成するグリッド(41,42) の組立体から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 請求項１又は２に記載の前記装置を備えていることを特徴とする携帯電話。
4. 一要素が他の要素に対して摺動するタイプのスライダ式携帯電話であり、
   前記燃料電池は、前記燃料電池のカソードが開位置で露出して、前記燃料電池が、対向する要素に画定された凹部を閉位置で閉じるように２つの摺動要素の内の一方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の携帯電話。
5. 前記燃料電池は、前記携帯電話のディスプレイの略後ろに配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の携帯電話。

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