JP3356721B2 - Fuel cell device - Google Patents
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池および電
気機器に係り、特にノート型パソコン等の小型電気機器
に好適な燃料電池、および燃料電池搭載可能な小型電気
機器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell and an electric device, and more particularly to a fuel cell suitable for a small electric device such as a notebook computer and a small electric device on which a fuel cell can be mounted.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近の社会的な動向として、ＯＡ機器、
オーディオ機器、無線機器等の各種機器は、半導体技術
の発達と共に小型化され、さらにポータブル性が要求さ
れている。このような要求を満足するための電源として
は、手軽な一次電池や二次電池等が使用されている。し
かし、一次電池や二次電池は、機能上使用時間に制限が
あり、このような電池を用いたＯＡ機器等では当然使用
時間が限定される。一次電池を使用した場合、電池の放
電が終った後に、電池を交換してOA機器等を動かすこと
はできるものの、その重量に対して使用時間が短く、ポ
ータブルな機器には不向きである。また、二次電池では
放電が終ると充電できる半面、充電のための電源が必要
なため使用場所が制限されるのみならず、充電に時間が
かかるという欠点がある。特に、二次電池を組み込んだ
ＯＡ機器等では、電池の放電か終っても電池を交換する
ことが困難なため、機器の使用時間の制限は免れない。
このように、各種小型機器を長時間作動させるには、従
来の一次電池や二次電池の延長では対応か難しく、より
長時間の作動に向いた電池が要求されている。2. Description of the Related Art Recent social trends include OA equipment,
Various devices such as audio devices and wireless devices have been miniaturized with the development of semiconductor technology, and are required to be more portable. As a power source for satisfying such a demand, a simple primary battery or a secondary battery is used. However, the primary battery and the secondary battery are functionally limited in use time, and the use time is naturally limited in OA equipment and the like using such a battery. When a primary battery is used, after the battery has been discharged, the battery can be replaced and the OA equipment can be moved, but the usage time is short due to its weight, making it unsuitable for portable equipment. In addition, the secondary battery can be charged after the discharge, but has a drawback in that it requires a power source for charging, so that not only the place of use is limited, but also the charging takes time. In particular, in an OA device or the like incorporating a secondary battery, it is difficult to replace the battery even after the battery has been discharged, so that the use time of the device is inevitably limited.
As described above, it is difficult to operate various small devices for a long time by extending a conventional primary battery or secondary battery, and a battery suitable for longer operation is required.
【０００３】このような問題の一つの解決策として、最
近、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料と酸
化剤を供給するだけで発電することができるという利点
を有するだけでなく、燃料のみ交換すれば連続して発電
できるという利点を有しているため、小型化が出来れば
消費電力が小さいＯＡ機器等の小型機器の作動に極めて
有利なシステムといえる。[0003] As one solution to such a problem, fuel cells have recently attracted attention. Fuel cells not only have the advantage of being able to generate power simply by supplying fuel and oxidant, but also have the advantage of being able to generate power continuously if only fuel is replaced. It can be said that the system is extremely advantageous for the operation of small devices such as OA devices with low power consumption.
【０００４】燃料電池をポータブル機器に適用するにあ
たっての重要な課題は、燃料および酸化剤を供給するシ
ステムを如何に簡略化し、小型化するかということにあ
る。燃料供給システムの簡略化に関しては、燃料として
メタノール等の液体燃料を用い、これを毛細管力によっ
て燃料極に供給する方法が特開平6-188008号公報に開示
されている。An important issue in applying a fuel cell to a portable device is how to simplify and miniaturize a system for supplying a fuel and an oxidant. Regarding simplification of the fuel supply system, a method of using a liquid fuel such as methanol as a fuel and supplying the fuel to the fuel electrode by capillary force is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-188008.
【０００５】一方、酸化剤供給システムとしては、酸化
剤として空気が使用できるため、一般には電池内部ある
いは電池を搭載する電気機器に設けられたブロワやファ
ンで空気を酸化剤極に圧送する方法がとられる。しか
し、空気を用いる以上、発電に必要な酸素量の少なくと
も５倍以上の空気を燃料電池本体に供給する必要があ
り、ＯＡ機器等の消費電力が小さいとはいえ発電に要す
る空気量は多い。従って、空気を燃料電池本体に圧送す
る構造では、大量の空気を電池に送り込む為にブロワや
ファン等の送気手段が大きくなり、電池の小型化には不
向きである。On the other hand, since air can be used as an oxidizing agent in the oxidizing agent supply system, generally, a method of pumping air to the oxidizing electrode by a blower or a fan provided inside the battery or in an electric device equipped with the battery is used. Be taken. However, since air is used, it is necessary to supply air to the fuel cell body at least five times the amount of oxygen required for power generation, and the amount of air required for power generation is large although power consumption of OA equipment and the like is small. Therefore, in a structure in which air is pressure-fed to the fuel cell body, a large amount of air feeding means such as a blower and a fan is required to blow a large amount of air into the cell, which is not suitable for miniaturization of the cell.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の燃料
電池における上記課題を解決し、小型機器の電源として
有用な小型燃料電池装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in a conventional fuel cell and to provide a small fuel cell device useful as a power source for a small device.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、電解質板と、
この電解質板の対向する面に設けられた、燃料極および
酸化剤極からなる一対の電極と、表面に複数の溝を有す
るセパレータと、このセパレータの前記溝を前記酸化剤
極表面に接して設けることにより形成された複数の酸化
剤ガス流路の出口側に、燃料電池本体の外形を形成する
面に隣接して配置されたファンとを有し、前記酸化剤ガ
ス流路中に流れる酸化剤ガスを前記ファンにより吸引し
開放された外部へ排出することを特徴とする燃料電池装
置である。The present invention comprises an electrolyte plate,
A pair of electrodes comprising a fuel electrode and an oxidant electrode provided on opposing surfaces of the electrolyte plate, a separator having a plurality of grooves on the surface, and the grooves of the separator are provided in contact with the oxidant electrode surface. A fan disposed on the outlet side of the plurality of oxidant gas flow paths formed by the above, adjacent to a surface forming the outer shape of the fuel cell main body, and the oxidant flowing in the oxidant gas flow path. Gas is sucked by the fan
A fuel cell device that discharges to an open outside .
【０００８】すなわち、酸化剤ガス流路の排出口側を減
圧し、流路中の酸化剤ガスを吸引・排出することで、酸
化剤ガス流路の導入口から酸化剤ガスを酸化剤ガス流路
へ吸引・導入することで、大量の酸化剤ガスを小型の酸
化剤ガス供給手段で酸化剤極に供給することが可能にな
り、ひいては小型の燃料電池を提供することが可能とな
る。That is, the pressure of the outlet of the oxidizing gas flow path is reduced, and the oxidizing gas in the flow path is sucked and discharged, so that the oxidizing gas flows from the inlet of the oxidizing gas flow path. By sucking and introducing the oxidant gas into the passage, a large amount of oxidant gas can be supplied to the oxidant electrode by a small oxidant gas supply means, and thus a small fuel cell can be provided.
【０００９】これは、酸化剤ガス流路に存在する酸化剤
ガスは電池反応に伴い消費されるため、別途酸化剤ガス
供給手段を設けなくとも消費分の酸化剤ガスは酸化剤ガ
ス流路へと自然吸気するが、本発明では出口側にファン
が設けられるので、酸化ガスの上記自然吸気を更に促進
し、自然吸気を十分に生かす構成となり、酸化剤ガス供
給手段を小型化することができる。This is because the oxidizing gas present in the oxidizing gas flow path is consumed during the battery reaction, so that the consumed oxidizing gas flows to the oxidizing gas flow path without providing a separate oxidizing gas supply means. In the present invention, a fan is
Is provided to further promote the above-mentioned natural intake of oxidizing gas.
And, it is utilized sufficiently configuration naturally aspirated, the oxidant gas supply means Ru can be miniaturized.
【００１０】別の発明は、電解質板、および前記電解質
板の対向する面に設けられた、燃料極および酸化剤極と
からなる一対の電極とを具備する燃料電池を搭載する電
気機器であって、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガス
を排出する排出口に接続された減圧手段を有することを
特徴とする電気機器である。Another aspect of the present invention is an electric apparatus equipped with a fuel cell including an electrolyte plate and a pair of electrodes provided on opposing surfaces of the electrolyte plate, the electrodes being composed of a fuel electrode and an oxidant electrode. An electric device comprising a pressure reducing means connected to an outlet for discharging an oxidizing gas supplied to the oxidizing electrode.
【００１１】すなわち、酸化剤ガス供給手段を電気機器
に具備させた場合に、酸化剤極近傍に保持される酸化剤
ガスを吸引・排出することで、前述したように小型の酸
化剤ガス供給手段で大量の酸化剤ガスを供給することが
可能なため、電気機器を小型化することが可能となる。That is, when the oxidizing gas supply means is provided in the electric equipment, the oxidizing gas held in the vicinity of the oxidizing gas is sucked / discharged to thereby provide a small oxidizing gas supply means as described above. Since it is possible to supply a large amount of oxidizing gas with the above, it is possible to reduce the size of the electric device.
【００１２】別の発明は、電解質板と、この電解質板の
対向する面に設けられた、燃料極および酸化剤極とから
なる一対の電極と、前記酸化剤極表面に設けられた酸化
剤ガス流路とからなる燃料電池であって、前記酸化剤ガ
ス流路の断面積は、酸化剤ガスの入口から出口にかけて
小さくなることを特徴とする燃料電池である。Another aspect of the present invention is directed to an electrolyte plate, a pair of electrodes provided on opposite surfaces of the electrolyte plate, each including a fuel electrode and an oxidant electrode, and an oxidant gas provided on the surface of the oxidant electrode. A fuel cell comprising a flow path, wherein a cross-sectional area of the oxidizing gas flow path decreases from an inlet to an outlet of the oxidizing gas.
【００１３】空気などを酸化剤ガスとして使用した場
合、酸化剤ガス流路の入口近傍では酸化剤ガス中の酸素
濃度は高いが、前記流路の出口方向へ流れていくうちに
電池反応により酸素は消費され、徐々に酸素濃度が低下
していく。この発明によれば、出口側のガス流路を狭く
することで、出口側の酸化剤濃度を高め、出口側の酸化
剤極に供給する酸素量を高めることで供給される酸素を
有効に電池反応に供することができる。When air or the like is used as the oxidizing gas, the oxygen concentration in the oxidizing gas is high near the inlet of the oxidizing gas flow path, but the oxygen concentration due to the battery reaction is increased while flowing toward the outlet of the flow path. Is consumed, and the oxygen concentration gradually decreases. According to the present invention, by narrowing the gas flow path on the outlet side, the concentration of the oxidant on the outlet side is increased, and the amount of oxygen supplied to the oxidant electrode on the outlet side is increased, so that the oxygen supplied can be effectively used as a battery. It can be subjected to a reaction.
【００１４】別の発明は、電解質板、および前記電解質
板の対向する面に設けられた、燃料極および酸化剤極と
からなる一対の電極とを具備する燃料電池を搭載する電
気機器であって、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する
酸化剤ガス流路を有し、この酸化剤ガス流路の断面積が
酸化剤ガスの入り口から出口にかけて小さくなることを
特徴とする電気機器である。Another aspect of the present invention is an electric apparatus having a fuel cell including an electrolyte plate and a pair of electrodes provided on opposite surfaces of the electrolyte plate, the electrodes being composed of a fuel electrode and an oxidizer electrode. An oxidizing gas passage for supplying an oxidizing gas to the oxidizing electrode, wherein the cross-sectional area of the oxidizing gas passage decreases from the inlet to the outlet of the oxidizing gas. .
【００１５】前記酸化剤ガス流路は、必ずしも燃料電池
内に配置する必要はなく、酸化剤極に接続する位置に前
記ガス流路を設けた電気機器を用いた場合にも同様の効
果が得られる。The oxidizing gas passage need not necessarily be disposed in the fuel cell, and the same effect can be obtained when an electric device having the gas passage at a position connected to the oxidizing electrode is used. Can be
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１７】図1は、一実施例の燃料電池の要部構成を
示す断面図である。同図において、1は燃料極（アノー
ド）2と酸化剤極（カソード）3とにより挟持された電解
質板であり、これら電解質板1、燃料極2および酸化剤極
3によって起電部4が構成されている。ここで、燃料極2
および酸化剤極3は、燃料や酸化剤ガスを流通させると
共に電子を通すように、導電性の多孔質体で形成されて
いる。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a fuel cell according to one embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electrolyte plate sandwiched between a fuel electrode (anode) 2 and an oxidizer electrode (cathode) 3; these electrolyte plate 1, fuel electrode 2 and oxidizer electrode
The electromotive section 4 is constituted by 3. Where fuel electrode 2
The oxidizer electrode 3 is formed of a conductive porous body so as to allow fuel and oxidizer gas to flow and pass electrons.
【００１８】起電部4をセパレ一タ5を介して複数積層す
ることにより、電池本体となるスタック７が構成されて
いる。セパレータ5の酸化剤極3と接する面には、酸化剤
ガスを流すための酸化剤ガス流路６を連続溝として設け
ている。By stacking a plurality of electromotive units 4 via a separator 5, a stack 7 serving as a battery body is formed. An oxidizing gas flow path 6 for flowing an oxidizing gas is provided as a continuous groove on a surface of the separator 5 which is in contact with the oxidizing electrode 3.
【００１９】燃料極２として多孔体を用いることで、毛
細管力を利用して燃料タンク８から燃料極２に液体燃料
を供給することが可能である。この方法を用いれば、燃
料を燃料極に供給する為のポンプ等の送気もしくは送液
手段が不要になり、燃料供給系のシステムを極めてコン
パクトにする事が可能である。By using a porous material as the fuel electrode 2, it is possible to supply liquid fuel from the fuel tank 8 to the fuel electrode 2 using capillary force. If this method is used, there is no need for an air supply or liquid supply means such as a pump for supplying fuel to the fuel electrode, and it is possible to make the system of the fuel supply system extremely compact.
【００２０】通常、酸化剤ガス流路６には、例えば図７
に示すように、外部から取り込んだ空気を燃料電池本体
９の酸化剤ガス入口側に設けられた送気手段１０で送り
込むことによって酸化剤ガスが供給している。しかし、
この様な酸化剤ガスを電池本体へ圧送する方法では、発
電に必要な全ての空気を送気手段で送り込まねばなら
ず、大きな駆動力を必要とする。Normally, the oxidizing gas passage 6 is provided with, for example, FIG.
As shown in (1), the oxidizing gas is supplied by sending air taken in from the outside by an air supply means 10 provided on the oxidizing gas inlet side of the fuel cell body 9. But,
In such a method in which the oxidizing gas is pressure-fed to the battery main body, all the air required for power generation must be fed by a gas feeding means, and a large driving force is required.
【００２１】これに対し、本発明の燃料電池に於いて
は、図２に示すように送気手段１０が燃料電池本体９の
酸化剤ガス出口側に設けられる。On the other hand, in the fuel cell of the present invention, as shown in FIG. 2, the air supply means 10 is provided on the oxidant gas outlet side of the fuel cell main body 9.
【００２２】燃料電池本体９の酸化剤極には、発電の
際、電極反応により酸素が消費されるのに伴い、ある程
度自ら空気を外部から燃料電池本体内部に吸入する能力
がある。したがって、本発明の燃料電池においてはこの
吸入力を利用し、足りない空気量を補う目的で送気手段
１０を用いる。即ち、送気手段１０をガス流路の排出口
側に設け、排出口近傍を減圧することで、燃料電池本体
９内部の酸化剤ガスを吸引し、燃料電池本体９外部へ排
出する減圧手段として用いることにより、、小さな駆動
力で発電に必要な量の空気が酸化剤極に吸入される。The oxidizer electrode of the fuel cell body 9 has a capability of inhaling air from the outside to the inside of the fuel cell body to some extent as oxygen is consumed by an electrode reaction during power generation. Therefore, in the fuel cell of the present invention, the air supply means 10 is used for the purpose of compensating for the insufficient amount of air by utilizing the suction force. That is, the gas supply means 10 is provided on the discharge port side of the gas flow path, and the pressure in the vicinity of the discharge port is reduced, thereby sucking the oxidizing gas inside the fuel cell body 9 and discharging the gas to the outside of the fuel cell body 9. By using this, the air required for power generation with a small driving force is sucked into the oxidant electrode.
【００２３】このような機能を持たせるためには、減圧
手段を燃料電池本体に付設した燃料電池装置を用い、こ
の燃料電池装置を電気機器に搭載して図２に示すような
構成とすることも可能である。また、減圧手段を電気機
器に配設し、この電気機器に、電解質板、一対の電極お
よび酸化剤ガス流路を有する燃料電池を搭載して図２に
示すような構成とすることも可能であるし、減圧手段お
よび酸化剤ガス流路を電気機器に配設し、この電気機器
に、電解質板および一対の電極を有する燃料電池を搭載
して、図２と同様な構成とすることも可能である。In order to provide such a function, a fuel cell device having a pressure reducing means attached to a fuel cell body is used, and this fuel cell device is mounted on an electric device to have a structure as shown in FIG. Is also possible. Further, it is also possible to arrange the decompression means in an electric device, and mount a fuel cell having an electrolyte plate, a pair of electrodes, and an oxidant gas flow path on the electric device to have a configuration as shown in FIG. Alternatively, the decompression means and the oxidizing gas flow path may be provided in an electric device, and a fuel cell having an electrolyte plate and a pair of electrodes may be mounted on the electric device to have a configuration similar to that of FIG. It is.
【００２４】さらに、前記送気手段１０としてファンを
用いる場合、燃料電池本体９の外形を形成する面のうち
最も面積の広い面に平行に配置されることが好ましい。
この様に送気ファンを配置する事により、電池反応後の
酸化剤ガスを排気するための断面積を大きく取る事が出
来るので、送気ファンの駆動力を小さくする事が出来
る。また、送気量はファンの大きさに依存するため、必
要な送気量を得るためにはファンにある程度の大きさが
求められる。従って、送気手段１０を燃料電池本体９の
外形を形成する面のうち最も面積の広い面に配置する事
により燃料電池装置全体を小型化することができる。Further, when a fan is used as the air supply means 10, it is preferable to arrange the air supply means 10 in parallel with the surface having the largest area among the surfaces forming the outer shape of the fuel cell body 9.
By arranging the air supply fan in this manner, a large cross-sectional area for exhausting the oxidizing gas after the battery reaction can be obtained, so that the driving force of the air supply fan can be reduced. Also, since the amount of air supply depends on the size of the fan, a certain size is required for the fan to obtain the required amount of air supply. Therefore, by arranging the air supply means 10 on the surface having the largest area among the surfaces forming the outer shape of the fuel cell main body 9, the entire fuel cell device can be downsized.
【００２５】また、前記酸化剤ガス流路６は、その溝の
深さが酸化剤ガスの入口から出口にかけてその断面積が
小さくなる形状とすることが望ましい。図３にこの様に
成形された前記セパレータ５の一部分の斜視図を示す。
酸化剤ガスとして燃料電池本体に供給された空気は、酸
化剤ガス流路６を流れるうちに電池反応により徐々に酸
素が消費される。従って、酸化剤ガス流路の入口側から
出口側にいくにつれて酸化剤ガス中の酸素の量が減少す
る。そこで、酸化剤ガス流路の深さを入口から出口にか
けて浅くする事によって、少なくなった酸素を酸化剤極
付近に高密度に集める事ができるので、酸素を有効に電
池反応に供する事が出来る。It is desirable that the oxidizing gas flow path 6 has such a shape that the depth of the groove becomes smaller from the inlet to the outlet of the oxidizing gas. FIG. 3 is a perspective view of a part of the separator 5 thus formed.
The air supplied to the fuel cell body as the oxidizing gas gradually consumes oxygen by the cell reaction while flowing through the oxidizing gas flow path 6. Therefore, the amount of oxygen in the oxidizing gas decreases from the inlet side to the outlet side of the oxidizing gas flow path. Therefore, by reducing the depth of the oxidant gas flow path from the inlet to the outlet, the reduced oxygen can be collected at a high density near the oxidant electrode, so that the oxygen can be effectively used for the battery reaction. .
【００２６】上記機器搭載用燃料電池は、可搬用機器の
外部に接続端子を介して着脱可能な形で接続されるのが
好ましい。これは、前記燃料電池の酸化剤側排気ガス
は、電池反応により生成した水により湿度が高いため、
湿気を嫌う機器の場合機器内部に搭載すると不具合を生
じる可能性があるからである。機器搭載用燃料電池を外
部端子を介してノート型パソコンに接続したときの例を
図４に示す。It is preferable that the fuel cell mounted on the device is detachably connected to the outside of the portable device via a connection terminal. This is because the oxidant-side exhaust gas of the fuel cell has high humidity due to water generated by the cell reaction,
This is because, in the case of a device that dislikes moisture, mounting it inside the device may cause a problem. FIG. 4 shows an example in which the on-board fuel cell is connected to a notebook computer via an external terminal.
【００２７】次に、本発明の燃料電池の具体例およびそ
の評価結果について述べる。Next, specific examples of the fuel cell of the present invention and evaluation results thereof will be described.
【００２８】[0028]
【実施例】実施例1 図５に示した構成を有する液体燃料電池（単電池）を、
以下に示す要領で作製した。まず、カーボンクロス上に
Ｐｔ−Ｒｕ系触媒層を塗布した３２mm×３２mmの燃料極
２と、カーボンクロス上にＰｔブラック触媒層を塗布し
た３２mm×３２mmの酸化剤極３とで、触媒層が電解質膜
と接するようにしてパーフルオロスルホン酸膜からなる
電解質膜１を挟持した。これらを、１２０℃で５分間、
１００kg/cm2の圧力でホットプレスして接合した。この
起電部４を、深さ２mm、幅２mmの酸化剤ガス流路６をも
つ酸化剤極側ホルダー１２と、同様の燃料ガス供給溝１
１をもつ燃料極側ホルダー１３の内部に組み込んで反応
面積１０cm2の単電池を作製した。EXAMPLE 1 A liquid fuel cell (unit cell) having the structure shown in FIG.
It was produced in the following manner. First, a 32 mm × 32 mm fuel electrode 2 having a Pt—Ru-based catalyst layer coated on a carbon cloth and a 32 mm × 32 mm oxidizer electrode 3 having a Pt black catalyst layer coated on a carbon cloth, the catalyst layer being composed of an electrolyte. An electrolyte membrane 1 made of a perfluorosulfonic acid membrane was sandwiched so as to be in contact with the membrane. These are placed at 120 ° C. for 5 minutes,
The members were joined by hot pressing at a pressure of 100 kg / cm 2 . The electromotive section 4 is connected to an oxidant electrode side holder 12 having an oxidant gas flow path 6 having a depth of 2 mm and a width of 2 mm by using the same fuel gas supply groove 1.
A single cell having a reaction area of 10 cm 2 was fabricated by assembling the inside of the fuel electrode side holder 13 having No. 1.
【００２９】この様にして作製された単電池を、１０枚
積層して燃料電池スタックを作製した。A fuel cell stack was manufactured by laminating ten unit cells manufactured as described above.
【００３０】このようにして得た燃料電池スタックに、
燃料としてメタノールと水の１：１（モル比）蒸気を燃
料ガス供給溝１１に供給し、更に、酸化剤ガス出口側に
配置した消費電力0.5Wの送気ファンにより酸化剤側ホル
ダー１２から酸化剤ガス（空気）を吸い出して80℃で発
電を行った。この電池の電流−電圧特性を図６に示す。The fuel cell stack thus obtained is
1: 1 (molar ratio) vapor of methanol and water is supplied as fuel to the fuel gas supply groove 11 and further oxidized from the oxidant side holder 12 by a 0.5 W power consumption air fan disposed at the oxidant gas outlet side. The agent gas (air) was sucked out to generate power at 80 ° C. FIG. 6 shows the current-voltage characteristics of this battery.
【００３１】実施例２ 実施例１と同様にして、まず、カーボンクロス上にＰｔ
−Ｒｕ系触媒層を塗布した３２mm×３２mmの燃料極２
と、カーボンクロス上にPtブラック触媒層を塗布した３
２mm×３２mmの酸化剤極３とで、触媒層が電解質膜と接
するようにしてパーフルオロスルホン酸膜からなる電解
質膜1を挟持した。これらを、１２０℃で５分間、１０
０kg/cm2の圧力でホットプレスして接合した。この起電
部４を、溝幅2mmで、溝の深さが入口から出口にかけて
２mmから１mmに浅くなる酸化剤ガス流路６をもつ酸化剤
極側ホルダー１２と、深さ２mm、幅２mmの燃料ガス供給
溝をもつ燃料極側ホルダー１３の内部に組み込んで反応
面積１０cm2の単電池を作製した。Example 2 In the same manner as in Example 1, first, Pt was placed on a carbon cloth.
-32 mm x 32 mm fuel electrode 2 coated with a Ru-based catalyst layer
And Pt black catalyst layer coated on carbon cloth 3
An electrolyte membrane 1 made of a perfluorosulfonic acid membrane was sandwiched between the oxidizer electrode 3 of 2 mm × 32 mm so that the catalyst layer was in contact with the electrolyte membrane. These are treated at 120 ° C. for 5 minutes for 10 minutes.
Joining was performed by hot pressing at a pressure of 0 kg / cm 2 . An oxidant electrode side holder 12 having an oxidant gas flow path 6 having a groove width of 2 mm and a groove depth of 2 mm to 1 mm from the inlet to the outlet with a groove width of 2 mm and a 2 mm deep, 2 mm wide A single cell having a reaction area of 10 cm 2 was fabricated by assembling it inside the fuel electrode side holder 13 having a fuel gas supply groove.
【００３２】この様にして作製された単電池を、１０枚
積層して燃料電池スタックを作製した。A fuel cell stack was prepared by laminating 10 unit cells thus prepared.
【００３３】このようにして得た燃料電池スタックに、
燃料としてメタノールと水の１：１（モル比）蒸気を燃
料ガス供給溝１１に供給し、更に、酸化剤ガス出口側に
配置した消費電力０．５Wの送気ファンにより酸化剤側
ホルダー１２から酸化剤ガス（空気）を吸い出して８０
℃で発電を行った。この電池の電流−電圧特性を図６に
示す。In the fuel cell stack obtained in this way,
A fuel (1: 1 (molar ratio)) of methanol and water is supplied as fuel to the fuel gas supply groove 11, and is further supplied from the oxidant-side holder 12 by an air-supply fan with a power consumption of 0.5 W arranged on the oxidant gas outlet side. Oxidizing gas (air) is sucked out and 80
Power generation was performed at ℃. FIG. 6 shows the current-voltage characteristics of this battery.
【００３４】比較例１ 実施例１と同様にして得られた燃料電池スタックに、燃
料としてメタノールと水の１：１（モル比）蒸気を燃料
ガス供給溝に供給し、更に、酸化剤ガス入口側に配置し
た消費電力０．５Wの送気ファンにより酸化剤側ホルダ
ーへ酸化剤ガス（空気）を送り込んで８０℃で発電を行
った。この電池の電流−電圧特性を図６に示す。Comparative Example 1 To a fuel cell stack obtained in the same manner as in Example 1, a 1: 1 (molar ratio) vapor of methanol and water was supplied as fuel to a fuel gas supply groove, and an oxidizing gas inlet was further provided. The oxidant gas (air) was supplied to the oxidant side holder by an air supply fan having a power consumption of 0.5 W arranged on the side and electric power was generated at 80 ° C. FIG. 6 shows the current-voltage characteristics of this battery.
【００３５】図６から明らかなように、同じ消費電力の
ファンを用いても比較例１に比べて実施例１及び２の燃
料電池は高い電流まで出力を得る事ができる。これは、
同じ消費電力のファンで、より多くの空気を燃料電池本
体に導入できている事を示す。特に、実施例２に於いて
は、電流を増したときの電圧低下の傾きが小さい。これ
は、電池反応で酸化剤ガス中の濃度が薄くなった酸素を
有効に活用できている事を示している。As is apparent from FIG. 6, the fuel cells of Examples 1 and 2 can obtain an output up to a higher current than that of Comparative Example 1 even if the fans having the same power consumption are used. this is,
Indicates that more air can be introduced into the fuel cell body with the same power consumption fan. In particular, in the second embodiment, the slope of the voltage drop when the current is increased is small. This indicates that oxygen whose concentration in the oxidizing gas has been reduced by the battery reaction can be effectively utilized.
【００３６】なお、本実施例においては燃料としてメタ
ノールおよび水を、酸化剤ガスとして空気を用いたが、
本発明に係る燃料および酸化剤ガスはこれに限られるも
のではなく、触媒などと接触・反応させることで電解質
に水素イオンを供給できるものであれば使用することが
可能であり、例えばエタノールなどのアルコール類や、
ジメチルエーテル等のエーテル類、ヒドラジンなどを含
有する液体燃料などもしようできるし、酸化剤ガスとし
て酸素ガスなど、既知のものを用いることもできる。In this embodiment, methanol and water are used as fuel and air is used as oxidizing gas.
The fuel and the oxidizing gas according to the present invention are not limited thereto, and any fuel and oxidizing gas can be used as long as they can supply hydrogen ions to the electrolyte by contacting and reacting with a catalyst. Alcohols,
A liquid fuel containing ethers such as dimethyl ether, hydrazine or the like can be used, and a known oxidant gas such as oxygen gas can be used.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
によれば、効率よく酸化剤極に酸素を供給する事がで
き、安定して高い出力を得ることができる。これによ
り、酸化剤ガスの送気手段のコンパクト化が可能にな
り、小型の燃料電池を提供することができる。As described above, according to the fuel cell of the present invention, oxygen can be efficiently supplied to the oxidant electrode, and a high output can be stably obtained. This makes it possible to reduce the size of the oxidant gas supply means, and to provide a small-sized fuel cell.
【図１】 本発明に係わる燃料電池の要部構成を示す断
面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a fuel cell according to the present invention.
【図２】 本発明の一実施例に係わる、燃料電池本体と
送気手段の配置を示すための説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing an arrangement of a fuel cell main body and air supply means according to one embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の係わる酸化剤流路の一実施例を示す
斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing one embodiment of an oxidizing agent channel according to the present invention.
【図４】 本発明の一実施例における燃料電池装置の機
器装着例を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing an example of mounting a fuel cell device in an embodiment of the present invention.
【図５】 実施例および比較例における単位電池の断面
図。FIG. 5 is a sectional view of a unit battery in an example and a comparative example.
【図６】 本発明の実施例および比較例に係わる燃料電
池の電流−電圧特性図。FIG. 6 is a current-voltage characteristic diagram of a fuel cell according to an example of the present invention and a comparative example.
【図７】 従来の燃料電池本体と送気手段の配置を示す
ための説明図。FIG. 7 is an explanatory view showing an arrangement of a conventional fuel cell body and an air supply means.
１・・・電解質板 ２・・・燃料極 ３・・・酸化剤極 ４・・・起電部 ５・・・セパレータ ６・・・酸化剤ガス流路 ７・・・スタック ８・・・燃料タンク ９・・・燃料電池本体 １０・・・送気手段 １１・・・液体燃料供給溝 １２・・・酸化剤極側ホルダー １３・・・燃料極側ホルダー １４・・・燃料電池搭載用電気機器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte plate 2 ... Fuel electrode 3 ... Oxidizer electrode 4 ... Electromotive part 5 ... Separator 6 ... Oxidant gas flow path 7 ... Stack 8 ... Fuel Tank 9 ・ ・ ・ Fuel cell body 10 ・ ・ ・ Air supply means 11 ・ ・ ・ Liquid fuel supply groove 12 ・ ・ ・ Oxidant electrode side holder 13 ・ ・ ・ Fuel electrode side holder 14 ・ ・ ・ Electric equipment for mounting fuel cell
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 一浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 高下 雅弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平８−329967（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−240220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/04 H01M 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kazuhiro Yasuda 1 Toshiba-cho, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center Co., Ltd. No. 1, Toshiba Corporation R & D Center (56) References JP-A-8-329967 (JP, A) JP-A-7-240220 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , (DB name) H01M 8/04 H01M 8/24
Claims (1)
酸化剤極からなる一対の電極と、 表面に複数の溝を有するセパレータと、 このセパレータの前記溝を前記酸化剤極表面に接して設
けることにより形成された複数の酸化剤ガス流路の出口
側に、燃料電池本体の外形を形成する面に隣接して配置
されたファンとを有し、前記酸化剤ガス流路中に流れる
酸化剤ガスを前記ファンにより吸引し開放された外部へ
排出することを特徴とする燃料電池装置。An electrolyte plate, a pair of electrodes provided on opposite surfaces of the electrolyte plate, the electrode comprising a fuel electrode and an oxidizer electrode; a separator having a plurality of grooves on the surface; A plurality of oxidant gas channels formed by being provided in contact with the oxidant electrode surface; A fuel cell device, wherein an oxidant gas flowing in a chemical gas flow path is sucked by the fan and discharged to an open outside .
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