JP3154822U - フレキシブル型電源供給器 - Google Patents

Abstract

【課題】水素供給装置と燃料電池を有するフレキシブル型電源供給器を提供する。【解決手段】可塑性の水素燃料を含む水素供給装置２０に接続された燃料電池１０を含むフレキシブル型電源供給器であって、前記フレキシブル型燃料電池は、上エンドプレート１、空気フローフィールドプレート３、膜電極セット５、水素フローフィールドプレート４と、下エンドプレート２の順序からなる多層構造からなる。且つ前記膜電極セットは、触媒層と拡散層の間に設置されたプロトン交換膜であり、且つ前記可塑性の水素燃料は、固体水素化物、固体促進剤、及び疎水性高分子弾性体としてフレキシブル型電源供給器を構成する。【選択図】図１Ａ

Description

本考案は、フレキシブル型電源供給器に関し、特に、その水素供給装置と燃料電池の設計を有するフレキシブル型電源供給器に関するものである。

携帯型電子製品は、外形の変化が多く、その寿命が短いことから、フレキシブル型で可変型の、外形設計がし易く、持久力の高い充電器／電源を提供することが極めて重要である。携帯型充電器／電源をバッグ或いはポケットに入れた時、人体の動作により力を受けて湾曲、または変形し、携帯型充電器／電源は壊れ易い。特に燃料電池のプロトン交換膜と水素の密封部分が壊れ易い。充電器／電源が外力を受けて壊れないようにするには、剛性の強い支持構造が必要であるが、しかしこれは携帯型充電器／電源の重量と体積を大幅に増加させる。

フレキシブル型の材料の発展により、燃料電池のエンドプレート、気体拡散層、触媒層と、プロトン交換膜などの構成要素も徐々にフレキシブル型になっている。現在、大部分の携帯型電源の燃料は、メタノールと水素の２種類に分かれてなっている。どの燃料を採用しても剛性の燃料タンクで燃料を収容し、可撓性でない構造で、燃料が使用時に外力によって圧迫されて出ないように保証する必要がある。特に、水素を直接用いて燃料にする時、水素を圧縮して保存する装置は高価であり危険である。また、これらの剛性の燃料タンクも携帯型充電器／電源の重量と体積を大幅に増加し、充電器／電源の携帯性と可撓性を大幅に低下させる。

携帯型で単位体積及び／または単位重量あたりで高出力の電力値を有する燃料電池が提供されており（特許文献１を参照）、この燃料電池は、密閉した環状形に湾曲した電解質膜と、複数の互いに間隔を隔てて電解質膜上に設置され、対応して直列接続された反応ユニットと、電解質膜に定義された管状の空間内に収容された燃料供給ユニットを含む。電解質膜は、イオンの導体となる。各反応ユニットは、可撓性を有し、且つ電解質膜の相反する２つの面上の内反応ブロックと外反応ブロックに設置され、内反応ブロックは、燃料供給ユニットが提供した水素を受けて電気化学反応を行い、外反応ブロックは、外界の水素を受けて電気化学反応を行って、外部に出力するのに用いられる高電圧を生産する。上述の燃料電池は、密閉した環状形に湾曲した電解質膜からなることができ、即ち「フレキシブル型燃料電池」を形成することができる。しかし、上述の電池の燃料は、主にメタノールからなっており、且つ可撓性の水素燃料ユニットを示していないため、剛性の燃料タンクを必要とし、剛性の燃料タンクによる問題を回避することが難しい。

よって、携帯型電子製品に用いる可撓性の充電器が必要である。

台湾特許公告第Ｉ２５５５７９号

水素供給装置と燃料電池の設計を有するフレキシブル型電源供給器を提供する。

本考案は、可塑性の水素燃料を含む水素供給装置に接続されたフレキシブル型燃料電池を含むフレキシブル型電源供給器を提供する。前記フレキシブル型燃料電池は、上エンドプレート、空気フローフィールドプレート、膜電極セット、水素フローフィールドプレート、及び下エンドプレートの順序からなる多層構造からなり、且つ膜電極セットは、触媒層と拡散層の間に設置されたプロトン交換膜であり、可塑性の水素燃料は、固体水素化物、固体促進剤と、疎水性高分子弾性体を含む。

本考案の実施例の電源供給器の概略図である。 本考案の実施例の電源供給器の概略図である。 本考案の実施例の膜電極セットの概略図である。 本考案の実施例の膜電極セットの側面図である。

本考案についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

本考案は、水素供給装置２０に接続されたフレキシブル型燃料電池１０を含むフレキシブル型電源供給器を提供する。水素供給装置２０は、可撓性材料に属し、且つ可塑性の水素燃料を含む。フレキシブル型電源供給器の概略図は、図１Ａと図１Ｂに示される。フレキシブル型燃料電池１０のエンドプレート１と２の間は、空気フローフィールドプレート３、水素供給装置２０に接続された水素フローフィールドプレート４、及び膜電極セット５が設置されている。エンドプレート１と２は、外ケースの材料が例えばプラスチック板、ゴム板、金属薄板、または金属メッシュプレートからなる。空気フローフィールドプレート３と水素フローフィールドプレート４の材料は、例えばプリント回路板、ゴム板、またはプラスチック板などの可撓性の非導体材料からなる。これらの材料は水素または酸素と反応せず、その上導電回路を有し、電流を外部に伝送することができる。軟性電極ユニット５２の材料は、軟性または可撓性導電体、例えば炭素繊維集合体、導電高分子、またはカーボン紙及び／またはカーボンパウダーが組み合わさった複合材料の導電軟性ブロックであることができ、膜電極セットと空気フローフィールドプレートと水素フローフィールドプレート上の導線の軟性と導電接触（即ち変形に対応し、導電の接触も維持できる）を提供する。図２に示されるように、膜電極セット５が反応して発生した電気は、軟性電極ユニット５２より収集され、空気フローフィールドプレート３と水素フローフィールドプレート４上の回路に導出される。図３に示されるように、プロトン交換膜５１は、触媒層５４と拡散層５３の間に設置される。水素供給装置からの水素は、水素チャネルを経て触媒層５４に接触後、水素プロトンと電子を形成する。水素プロトンは、プロトン交換膜５１を通過後、拡散層５３内の酸素と反応する。電子は、外部接続回路を経て携帯型電子装置または電池に接続される。プロトン交換膜５１は、例えばＤｕＰｏｎｔ、Ｄｏｗ、Ｇｏｒｅ、 Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ、Ａｓａｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌなどの会社から購入したプロトン交換膜などの一般の会社が生産する燃料電池用のプロトン交換膜であることができる。本考案の実施例では、プロトン交換膜５１の両側は、触媒層５４及び／或いは拡散層５３を更に含むことができる。即ち、市販の３または５層の膜電極セットである。上述のプロトン交換膜５１、触媒層５４と、拡散層５３より構成された膜電極セットは、軟性であり、可撓性のエンドプレート１と２と空気フローフィールドプレート３と水素フローフィールドプレート４の間に設置された後、フレキシブル型燃料電池を形成する。

本考案の可塑性水素燃料の構成は、固体促進剤、固体水素化物、及び疎水性高分子弾性体を含む。固体水素化物は、例えば、NaBH₄、LiBH₄、Ca(BH₄)₂、Mg(BH₄)₂、KBH_4、またはAl(BH₄)₃などの金属ホウ素水素化物、例えばLiH、NaH、MgH₂、またはCaH₂などの金属水素化物、アンモニアボラン、ジボラン、ジアミノジボラン（diamino diborane）、H₂B(NH₃)₂BH₄、ポリアミノボラン、ボラジン、モルホリンボランと、ボラン−テトラヒドロフランコンプレックスなどのアミノボレン、または上述の組み合わせからなることができる。固体促進剤は、Ru、Co、Ni、Cu、Fe、または上述の組み合わせの促進剤を含む。疎水性高分子弾性体は、シリカゲル、ゴム、またはシリコンゴムを含む。固体促進剤と固体水素化物の高速ボールミル後、疎水性高分子弾性基材を加え、可塑性水素燃料を形成する。その詳細の成分の比率と作り方は台湾特許出願番号第９８１０８２０５を参考することができる。

上述の可塑性水素燃料を水素供給装置２０に設置した後、水素フローフィールドプレート４に接続する。水を水素供給装置２０に加えた後、水素を形成することができる。水素供給装置２０は、例えばプラスチック、ゴム、ナイロン、または空気を透過しない布袋などのフレキシブル型の包装からなる。本考案の実施例では、燃料電池１０は、フレキシブル型のシート構造であり、水素供給装置２０は、フレキシブル型のフラットバッグ状構造であり、上述のフレキシブル型の燃料電池に貼り付けられることができる。この実施例では、可塑性水素燃料は、シート構造であり、そのサイズは、可撓バッグ状の水素供給装置２０よりやや小さい。可塑性水素燃料は通常収容する時に円筒状に巻き上げ、防水バッグ内に入れ、使用前に広げて水素供給装置２０に入れ、水を加えた後、水素を発生することができる。上述の燃料電池１０と水素供給装置２０で構成された電源供給器がフレキシブル型のシート構造であることから、手荷物またはバッグのポケット、コート、帽子、またはシャツなどの衣服のポケットに入れることや、または上述の衣服の外側に縫製されることができる。電源供給器が可撓性であることから外力の衝突または圧迫を受けてもプロトン交換膜または水素の密封部分が壊れない。従来技術に比べ、この実施例の電源供給器は、ブロック状でないシート状または円筒状などの固定形状であり、比較すると体積を占領せず、且つ固定の空間を空ける必要がないのでその携帯性を有効に増すことができる。理解できることは、本考案の電源供給器はポケットの大きさの違いによってサイズを変えることができる設計であることである。

水素供給装置２０内の水を燃料電池の中に流れ込ませないために、水素供給装置の内側に例えば、ポリアクリル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリエチレンオキシド、澱粉グラフト共重合物、またはゴム混合物などの高吸水材料を更に縫い付けることができる。よって、水素供給装置内に加えられた水は、流動しないゲル状を形成し、可塑性水素燃料がゲルに接触した後、水を吸い出して反応し、水素を形成する。

燃料電池の膜電極セットは、触媒層と拡散層を含まないプロトン交換膜（Ｄｕｐｏｎｔ社製 ＮＲＥ２１１）である。触媒層と拡散層が一緒になった製品（ＧＤＥ ＢＡＳＦ（Ｅ−ｔｅｋ）ＬＴ１２１ＥＷ）は、空気フローフィールドプレートと水素フローフィールドプレート上の金属導電電極の大きさに裁断される。プロトン交換膜（Ｄｕｐｏｎｔ社製 ＮＲＥ２１１）と触媒層／拡散層（ＧＤＥ ＢＡＳＦ（Ｅ−ｔｅｋ）ＬＴ１２１ＥＷ、製品上に既に結合剤が形成されている）をホットエンボス方式によってボンディングする。ホットエンボスの条件は、１３０−１４０℃で一分間続けることである。可撓の導電性の炭素布を取り、その大きさを空気フローフィールドプレートと水素フローフィールドプレート上の金属導電電極の大きさに合わせて裁断すれば、本考案の軟性電極ユニット５２となる。膜電極セット、軟性電極ユニット、空気フローフィールドプレート、及び水素フローフィールドプレートをエンドプレート（不可欠でない）に選択的に加えた後、瞬間接着剤で接着固定し、周囲を接着剤で密封する。空気フローフィールドプレート側は空気に直接接触する。水素フローフィールドプレート側は、可撓バッグ状の水素供給装置に接続される。接続箇所は瞬間接着剤で接着してから接着剤で密封し、薄鋼板で接続箇所を固定し、周辺に鉄フレームを有するフレキシブル型電源供給器を形成する。

以上、本考案の好適な実施例を例示したが、これは本考案を限定するものではなく、本考案の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本考案が請求する保護範囲は、実用新案登録請求の範囲を基準とする。

１、２ エンドプレート
３ 空気フローフィールドプレート
４ 水素フローフィールドプレート
５ 膜電極セット
１０ 燃料電池
２０ 水素供給装置
５１ プロトン交換膜
５２ 軟性電極ユニット
５３ 拡散層
５４ 触媒層

Claims (13)

1. 可塑性の水素燃料を含む水素供給装置に接続されたフレキシブル型燃料電池を含むフレキシブル型電源供給器であって、
   前記フレキシブル型燃料電池は、上エンドプレート、空気フローフィールドプレート、膜電極セット、水素フローフィールドプレート、及び下エンドプレートの順序からなる多層構造からなり、且つ前記膜電極セットは、触媒層と拡散層の間に設置されたプロトン交換膜であり、且つ
   前記可塑性の水素燃料は、固体水素化物、固体促進剤、及び疎水性高分子弾性体を含むフレキシブル型電源供給器。
2. 平板構造である請求項１に記載のフレキシブル型電源供給器。
3. 前記上エンドプレート及び／または前記下エンドプレートは、プラスチック板、ゴム板、金属薄板、または金属メッシュプレートを含む請求項１または２に記載のフレキシブル型電源供給器。
4. 前記空気フローフィールドプレート及び／または水素フローフィールドプレートは、回路板、プラスチック板、またはゴム板を含む請求項１〜３のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
5. 前記プロトン交換膜は、触媒層及び／または拡散層を更に含む請求項１〜４のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
6. 前記空気フローフィールドプレートと前記膜電極セットとの間、及び前記膜電極セットと前記水素フローフィールドプレートとの間に、さらに軟性電極ユニットを有しており、
   前記軟性電極ユニットは、炭素繊維集合体、導電高分子、炭素布、またはカーボン紙及び／またはカーボンパウダーが組み合わさった複合材料の導電軟性ブロックを含む請求項１〜５のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
7. 前記固体水素化物は、金属ホウ素水素化物、金属水素化物、アミノボレン、またはこれらの組み合わせを含む請求項１〜６のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
8. 前記固体促進剤は、Ru、Co、Ni、Cu、またはFeを含む請求項１〜７のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
9. 前記疎水性高分子弾性体は、シリカゲル、ゴム、またはシリコンゴムを含む請求項１〜８のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
10. 前記水素供給装置は、プラスチック、ゴム、ナイロン、または空気を透過しない布袋を含む請求項１〜９のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
11. 前記燃料電池は、シート状構造である請求項１〜１０のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
12. 前記水素供給装置は、前記シート状の燃料電池に貼り付けられるフレキシブル型のフラットバッグ状構造である請求項１〜１１のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。
13. 前記水素供給装置は、吸水性高分子を更に含む請求項１〜１２のいずれかに記載のフレキシブル型電源供給器。

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