JP4394340B2

JP4394340B2 - Liquid fuel cell

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Publication number: JP4394340B2
Application number: JP2002292836A
Authority: JP
Inventors: 新吾中村; 博志柏野; 敏浩中井; 昭二西原
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP2004127824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料として液体を用いた液体燃料電池と液体燃料電池用外部タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、ポータブル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。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、空気電池、燃料電池などが考えられる（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として利用する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に費やすことが可能であることから、エネルギー密度を増加させるためには好適な電池であると考えられる。しかし、この空気電池には、電解液として使用するアルカリ溶液が空気中の二酸化炭素と反応して劣化してしまう問題がある。
【０００４】
一方、従来の燃料電池では、単電池を積層して構成されているため、嵩高くなり、また酸素および燃料をそれぞれの正極および負極に流通させて供給しなければならず、燃料供給のための補器を必要とする。その結果、従来の燃料電池はリチウムイオン電池などの小型二次電池に比べてはるかに大きくなってしまい、小型ポータブル電源として用いるには問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−２００４６８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２２３０１８号公報
ここで、酸素および燃料を強制的に流通させる補器を除去することで出力は低下するものの、燃料電池の小型化を図ることはできる。しかし、複数の電極・電解質一体化物を積み重ねていく積層構造を有する燃料電池では、小型化には限界がある。
【０００７】
これに対し、複数の電極・電解質一体化物をそれぞれ同一平面上に配置すると、燃料タンクを共有でき、空気との接触も良好となり、さらに前記積層構造に比べて電池を小型化できる。
【０００８】
図１３に従来の平面構造の液体燃料電池の断面図を示す。図１３において、隣り合う正極８と負極９とは負極集電体７ａ、正極集電体７ｂおよび集電リード部１１とで電気的に接続されている。また、この接続部近傍で液体燃料４の封止を電気的絶縁体２７で行っている。液体燃料４は燃料タンク２８に貯蔵されており、燃料タンク２８内には燃料吸い上げ材５ｃが配置されている。また、燃料電池の使用時間を長くする手法として、図１４に示すように燃料タンク２８を電池本体とは別に設けて、配管で液体燃料４を流通させて電池本体の発電部に供給する方法もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記いずれの構造の燃料電池であっても、電池を長期間継続して使用するためには、液体燃料の補給が必要となる。また、液体燃料の種類によっては使用状況に応じて、液体燃料の交換を要する場合もあり、液体燃料を燃料タンクへ供給するだけでなく、液体燃料を燃料タンクから排出する必要もある。
【００１０】
従来、この液体燃料の供給または排出は、燃料充填口６ｃを通して行っていた。しかし、この方法では、液体燃料が漏液しやすく、一般使用者の使用に不便であるという問題があった。
【００１１】
本発明は、液体燃料の供給および排出を液漏れすることなく確実に行うことができる液体燃料電池と液体燃料電池用外部タンクを提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体燃料電池は、本体部と外部タンクとを含み、前記本体部は、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設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備え、前記外部タンクは、液体燃料を収容可能に形成されている液体燃料電池であって、
前記本体部と前記外部タンクとは着脱可能に形成され、
前記液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとは、それぞれ開口部を備え、
前記液体燃料貯蔵部の開口部と前記外部タンクの開口部とは、それぞれ開閉可能な弁および前記それぞれの弁に対するストッパーを備え、
前記液体燃料貯蔵部の弁と前記外部タンクの弁とは、相互に当接して押圧されることにより開放され、
液体燃料が流入する側の前記弁の開放圧力が、液体燃料が流出する側の前記弁の開放圧力より小さく設定されており、
前記液体燃料貯蔵部および前記外部タンクは、前記開口部の前記それぞれの弁が開放されることにより液体燃料の供給または排出が可能となることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
本発明の液体燃料電池の一実施形態は、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設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えている。また、前記液体燃料貯蔵部は液体燃料を外部から供給または排出するための開口部を備え、前記液体燃料貯蔵部の開口部は弁を備え、前記開口部の弁は外部から押圧されることにより開放される。
【００１７】
液体燃料電池の本体側にある液体燃料貯蔵部の開口部に弁を設けることにより、液体燃料電池の使用時における液体燃料の漏液を防止できるとともに、液体燃料の供給または排出の際における漏液をも防止できる。
【００１８】
また、本発明の液体燃料電池の他の実施形態は、本体部と外部タンクとを含み、前記本体部は、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設けられた電解質層と、液体燃料貯蔵部とを備えている。前記本体部と前記外部タンクとは着脱可能に形成され、前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとはそれぞれ開口部を備え、それらの開口部を通して液体燃料が供給または排出される。前記本体部の開口部と前記外部タンクの開口部とは、それぞれ弁（例えば、球状または円柱状の弁体）およびストッパーを備えている。前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とは、相互に当接して押圧されることにより開放され、液体燃料が流入する側の前記弁の開放圧力が、液体燃料が流出する側の前記弁の開放圧力より小さく設定されている。
【００１９】
より具体的には、前記外部タンクが液体燃料を供給するための供給タンクである場合には、前記本体部の弁の開放圧力が前記供給タンクの弁の開放圧力より小さく設定されている。これにより、本体部と供給タンクとを接続して液体燃料を供給する際、液体燃料が流入する側の本体部の弁が最初に開放して受け入れ準備が完了した後に、液体燃料が流出する側の供給タンクの弁が開放するため、液体燃料の供給開始時に液漏れすることはない。また、液体燃料の供給が終了して本体部と供給タンクとを分離する際には、最初に液体燃料が流出する側の供給タンクの弁が閉じて液体燃料の供給が完全に止まった後に、液体燃料が流入する側の本体部の弁が閉じるため、液体燃料の供給終了時に液漏れすることはない。
【００２０】
また、前記外部タンクが液体燃料を排出するための排出タンクである場合には、前記本体部の弁の開放圧力が前記排出タンクの弁の開放圧力より大きく設定されている。これにより、本体部と排出タンクとを接続して液体燃料を排出する際、液体燃料が流入する側の排出タンクの弁が最初に開放して受け入れ準備が完了した後に、液体燃料が流出する側の本体部の弁が開放するため、液体燃料の排出開始時に液漏れすることはない。また、液体燃料の排出が終了して本体部と排出タンクとを分離する際には、最初に液体燃料が流出する側の本体部の弁が閉じて液体燃料の排出が完全に止まった後に、液体燃料が流入する側の排出タンクの弁が閉じるため、液体燃料の排出終了時に液漏れすることはない。
【００２１】
さらに、本実施形態の液体燃料電池は、液体燃料の供給および排出の途中においても外部への液漏れがなく、また、本体部と外部タンクとを着脱可能として分離することができるため、本体部の液体燃料貯蔵部を最小にでき、電極、電解質、集電体などの発電要素を集約でき、液体燃料電池の小型化を図ることができる。また、液体燃料の供給と排出を本体部の同一の開口部で行うことができるので、供給タンクのためのスペースと排出タンクのためのスペースを別々に２つ設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができる。また、液体燃料の供給タンクの抜き差しができるので、液体燃料電池の実装機器への未使用時には、供給タンクを除去することで液体燃料の供給遮断が容易に可能で、液体燃料電池の寿命を延ばすことができる。加えて、液体燃料電池を長時間使用する時には、供給タンクを装着したままにすれば、十分な液体燃料を供給できる。
【００２２】
また、開放前の前記本体部の弁と、開放前の前記外部タンクの弁とは、それぞれ環状の液体燃料封止部（例えば、封止リング）に押圧されていることが好ましい。弁が閉じている状態での液体燃料の流出を防止できるからである。
【００２３】
また、前記外部タンクの外装部には、環状部材（例えば、タンクシールガスケット）が配置されていることが好ましい。液体燃料の供給・排出の際に、本体部と外部タンクとの隙間から外部へ液体燃料が流出すること防止できるからである。
【００２４】
また、前記液体燃料封止部および前記環状部材は、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、ナイロンおよびポリエチレンからなる群から選択された少なくとも１種類からなることが好ましい。これらは、液体燃料の密閉性に優れた材料だからである。
【００２５】
また、前記本体部の開口部の外側および前記外部タンクの開口部の外側の少なくとも一方には、保液スリット（例えば、環状スリット）が設けられていることが好ましい。液体燃料の供給・排出の終了後に、この保液スリットに残った液体燃料が保持され、外部への液体燃料の流出を防止できるからである。
【００２６】
また、前記本体部には、前記外部タンクを挿入可能な挿入口が備えられていることが好ましい。液体燃料の供給・排出の際に、本体部と外部タンクとを容易に固定できるからである。
【００２７】
また、前記本体部の開口部が前記本体部の挿入口の内部に設けられ、前記挿入口の直径が１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３〜８ｍｍの範囲である。本体部の弁に手指が触れることがなくなり、誤って弁が開放することを防止できるからである。
【００２８】
また、前記本体部の挿入口の周辺に開閉式シャッタを設けることが好ましい。本体部の挿入口へ異物が混入することによるトラブルを未然に防ぐことができ、さらに本体部の弁の意に反する開放を防止して安全性を高めることができるからである。
【００２９】
また、前記外部タンクは、その外面部に凸部（例えば、固定用プランジャ）を備え、前記本体部の挿入口の内面部には凹部（例えば、固定用爪）を備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合することが好ましい。または、前記外部タンクは、その外面部に凹部を備え、前記本体部の挿入口の内面部には凸部を備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合することが好ましい。液体燃料の供給・排出の際に、凹凸部がかみ合うことで本体部と外部タンクとを容易に固定できるからである。
【００３０】
また、前記本体部の挿入口の内面部に備えられた凸部の位置が、前記外部タンクの種類に応じて変更可能なことが好ましい。供給タンクと排出タンクの凹部の位置を相違させておくことにより、供給タンクと排出タンクとを間違えることなく挿入できるからである。
【００３１】
また、本実施形態の液体燃料電池は、前記正極と、前記負極と、前記電解質層とが、電極・電解質一体化物を構成し、前記電極・電解質一体化物が同一平面上に配置されていることが好ましい。電池の厚みを薄くすることが可能となるからである。
【００３２】
また、前記電極・電解質一体化物を複数備え、前記電極・電解質一体化物の各電解質層は、相互に連続した一体化物として形成されていることが好ましい。部品点数や組立て工数の削減を図れるからである。
【００３３】
また、本実施形態の液体燃料電池は、液体燃料を含浸して保持し且つ前記負極に前記液体燃料を供給する液体燃料含浸部（例えば、燃料吸い上げ材）を備え、前記液体燃料含浸部が前記負極と接する部分に配置されていることが好ましい。液体燃料が消費されても、液体燃料と負極との接触が維持されるため、液体燃料を最後まで使い切ることができるからである。
【００３４】
また、前記液体燃料貯蔵部および前記外部タンクから選択される少なくとも一つは、気液分離孔を備え、前記気液分離孔には気液分離膜が配置されていることが好ましい。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外部に放出できるからである。
【００３５】
さらに、本実施形態の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法は、前記液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法であり、先ず、前記本体部と前記外部タンクとを接続し、前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを当接させ、前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流入する側の弁を開放した後にこの開放した弁をストッパーに当接させる。その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁とを相互に押圧して、液体燃料が流出する側の弁を開放し、前記本体部の液体燃料貯蔵部と前記外部タンクとの間で液体燃料を供給または排出する。
【００３６】
液体燃料の供給または排出が終了した後に、前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流出する側の弁を閉じ、その後、さらに前記本体部の弁と前記外部タンクの弁との押圧を緩めて、前記液体燃料が流入する側の弁を閉じる。
【００３７】
これにより、外部への液漏れなく外部タンクを着脱可能とすることができ、容易に液体燃料の供給、排出及び遮断を行い、液体燃料電池を継続して長期間使用できる。
【００３８】
また、本実施形態の液体燃料電池の液体燃料の供給・排出方法は、前記液体燃料が流入する側の弁を閉じた後に、前記本体部と前記外部タンクとを分離することができる。
【００３９】
なお、本発明は、酸素および燃料をそれぞれの正極および負極に流通させて供給する補器を備えた液体燃料電池においても適用可能であり、これにより液体燃料貯蔵部の省スペース化を図れることで全体の大きさを小さくできる。
【００４０】
次に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００４１】
（実施形態１）
図１に本発明の液体燃料電池の本体部（ａ）と外部タンク（ｂ）の実施形態の断面図を示す。
【００４２】
先ず、本実施形態の液体燃料電池の本体部を説明する。図１において、本体部２４は、その両側の外面にカバー板２を備え、カバー板２には空気孔１が複数設けられている。これにより、空気孔１を通して大気中の酸素が後述する正極８と接することになる。本体部２４は、例えば、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合成樹脂や、ステンレス鋼などの耐食性金属で形成される。
【００４３】
また、液体燃料貯蔵部５が、カバー板２と対向する位置および本体部２４の側面部に設けられている。カバー板２と液体燃料貯蔵部５との間には、正極８、負極９、電解質層１０などからなる発電部が配置されている。
【００４４】
正極８は、例えば、多孔性の炭素材料からなる拡散層８ａと、触媒を担持した炭素粉末からなる触媒層８ｂとを積層して構成される。正極８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、ルテニウムまた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８ｂ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。プロトン交換樹脂粒子としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂や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８ａの触媒層側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。
【００４５】
電解質層１０は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により形成される。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”（商品名）、旭硝子社製の“フレミオン”（商品名）、旭化成工業社製の“アシプレックス”（商品名）などにより電解質層１０を形成することができる。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からも形成することができる。
【００４６】
負極９は、拡散層９ａと触媒層９ｂ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、正極と同様に形成することができる。
【００４７】
上記正極８、上記負極９および上記電解質層１０は、積層されて電極・電解質一体化物を形成している。即ち、電極・電解質一体化物は、正極８と、負極９と、正極８と負極９との間に設けられた電解質層１０とから形成されている。また、この電極・電解質一体化物は、平面状に複数個配置されている。
【００４８】
各電極・電解質一体化物の間には、電気的絶縁体２７が配置され、各電極・電解質一体化物間の短絡を防止するとともに、液体燃料の正極側や電池外への流出を防止している。電気的絶縁体２７は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムやポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの弾性絶縁樹脂で形成されている。
【００４９】
正極８の電解質層１０とは反対側の、正極８と接する箇所には正極集電体７ｂが設置され、負極９の電解質層１０とは反対側の、負極９と接する箇所には負極集電体７ａが設置されており、隣接する正極集電体７ｂの一部と負極集電体７ａの一部とが、連結集電体７ｃで電気的に接続されている。これらの集電体７ａ、７ｂ、７ｃは、例えば、白金、金などの貴金属や、ステンレス鋼などの耐食性金属、またはカーボンなどの導電性部材から形成されている。
【００５０】
負極９と接する部分には燃料供給孔２９が設けられており、この部分から液体燃料が負極９へと供給される。また、液体燃料を含浸して保持し且つ負極９に液体燃料を供給する燃料吸い上げ材５ａが、液体燃料貯蔵部５の内部に配置されている。これにより、液体燃料が消費されても、液体燃料と負極９との接触が維持されるため、液体燃料を最後まで使い切ることができる。燃料吸い上げ材５ａとしては、ガラス繊維を用いることができるが、液体燃料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良い。
【００５１】
また、本体部２４の中央部には、外部タンク３を挿入するための挿入口２５が設けられている。挿入口２５の先には、液体燃料を供給または排出するための開口部１７が設けられている。開口部１７には樹脂製または金属製である球状の弁体１２ｂが備えられ、弁体１２ｂは圧縮バネ１３ｂにより封止リング２１ｂに押圧されている。また、封止リング２１ｂに対向する位置にはストッパー１４ｂが設けられ、その下部にはストッパーガスケット１５ｂが配置されている。開口部１７の外側には、環状スリット２０が設けられている。さらに、環状スリット２０に隣接して圧縮吸収材１８が備えられている。
【００５２】
次に、本実施形態の液体燃料電池の外部タンクについて説明する。外部タンク３は、液体燃料電池の本体部２４へ液体燃料４を供給する場合には供給タンク３ａとなり、本体部２４から液体燃料４を排出する場合には排出タンク３ｂとなる。液体燃料４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。
【００５３】
外部タンク３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合成樹脂や、ステンレス鋼などの耐食性金属から形成することができる。
【００５４】
次いで、本実施形態の液体燃料電池の液体燃料の供給または排出の方法について説明する。
【００５５】
先ず、外部タンク３が供給タンク３ａである場合を説明する。供給タンク３ａは本体部２４の挿入口２５に挿入でき、着脱が可能である。供給タンク３ａの先端部には、液体燃料４を供給するための開口部１６ａが設けられている。開口部１６ａには樹脂製または金属製である球状の弁体１２ａが備えられ、弁体１２ａは圧縮バネ１３ａにより封止リング２１ａに押圧されている。また、封止リング２１ａに対向する位置にはストッパー１４ａが設けられ、その下部にはストッパーガスケット１５ａが配置されている。
【００５６】
また、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、供給タンク３ａの弁体１２ａの圧縮バネ１３ａの圧縮力より小さく設定してある。これにより、本体部２４に供給タンク３ａを接続する際には、本体部２４の弁体１２ｂが最初に開放され、その後に供給タンク３ａの弁体１２ａが開放される。逆に、本体部２４から供給タンク３ａを離脱する際には、供給タンク３ａの弁体１２ａが最初に閉じられ、その後に本体部２４の弁体１２ｂが閉じられる。
【００５７】
また、供給タンク３ａの弁体１２ａと本体部２４の弁体１２ｂとの接触面は、本体部２４の外装面より凹部にあり、本体部２４の挿入口２５へ供給タンク３ａを挿入することで液体燃料４を供給する。
【００５８】
次に、本体部２４と供給タンク３ａとの着脱方法をさらに詳しく説明する。図２から図５は、本体部２４に供給タンク３ａを装着している状態の断面図である。図２は、本体部２４の挿入口２５に供給タンク３ａを挿入した最初の段階を示しており、弁体１２ａおよび弁体１２ｂはともに閉じている。ここで、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、図３に示すように、供給タンク３ａの弁体１２ａと本体部２４の弁体１２ｂが衝突する。ここで、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、供給タンク３ａの弁体１２ａの圧縮バネ１３ａの圧縮力より小さく設定してあるので、図４に示すように、本体部２４の弁体１２ｂが封止リング２１ｂから離れ、弁体１２ｂが最初に開放される。次に、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、本体部２４の弁体１２ｂがストッパー１４ｂに当接する。ここで、さらに供給タンク３ａを本体部２４に押し込むと、図５に示すように、供給タンク３ａの弁体１２ａは封止リング２１ａから離れ、弁体１２ａが開放され、液体燃料４が供給タンク３ａの開口部１６ａ、接続部中間室１９および本体部２４の開口部１７を流通して、液体燃料貯蔵部５の燃料吸い上げ材５ａに供給される。
【００５９】
次に、供給タンク３ａを引き抜くときは挿入の際とは逆の順番となり、図５の状態から供給タンク３ａの弁体１２ａが最初に閉じられ、接続部中間室１９内の液体燃料４が液体燃料貯蔵部５内に流入してから、本体部２４の弁体１２ｂが閉じられ、図４の状態へと戻る。
【００６０】
次に、外部タンク３が排出タンク３ｂである場合を説明する。排出タンク３ｂは本体部２４の挿入口２５に挿入でき、着脱が可能である。排出タンク３ｂの先端部には、液体燃料４を排出するための開口部１６ｂが設けられている。開口部１６ｂには樹脂製または金属製である球状の弁体１２ｃが備えられ、弁体１２ｃは圧縮バネ１３ｃにより封止リング２１ｃに押圧されている。また、封止リング２１ｃに対向する位置には、ストッパー１４ｃが設けられ、その下部にはストッパーガスケット１５ｃが配置されている。
【００６１】
また、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、排出タンク３ｂの弁体１２ｃの圧縮バネ１３ｃの圧縮力より大きく設定してある。これにより、本体部２４に排出タンク３ｂを接続する際には、排出タンク３ｂの弁体１２ｃが最初に開放され、その後に本体部２４の弁体１２ｂが開放される。逆に、本体部２４から排出タンク３ｂを離脱する際には、本体部２４の弁体１２ｂが最初に閉じられ、その後に排出タンク３ｂの弁体１２ｃが閉じられる。
【００６２】
また、排出タンク３ｂの弁体１２ｃと本体部２４の弁体１２ｂとの接触面は、本体部２４の外装面より凹部にあり、本体部２４の挿入口２５へ排出タンク３ｂを挿入することで液体燃料４を排出する。
【００６３】
次に、本体部２４と排出タンク３ｂとの着脱方法をさらに詳しく説明する。図６から図９は、本体部２４に排出タンク３ｂを装着している状態の断面図である。図６は、本体部２４の挿入口２５に排出タンク３ｂを挿入した最初の段階を示しており、弁体１２ｃおよび弁体１２ｂはともに閉じている。ここで、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、図７に示すように、排出タンク３ｂの弁体１２ｃと本体部２４の弁体１２ｂが衝突する。ここで、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、本体部２４の弁体１２ｂの圧縮バネ１３ｂの圧縮力は、排出タンク３ｂの弁体１２ｃの圧縮バネ１３ｃの圧縮力より大きく設定してあるので、図８に示すように、排出タンク３ｂの弁体１２ｃが封止リング２１ｃから離れ、弁体１２ｃが最初に開放される。次に、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、排出タンク３ｂの弁体１２ｃがストッパー１４ｃに当接する。ここで、さらに排出タンク３ｂを本体部２４に押し込むと、図９に示すように、本体部２４の弁体１２ｂは封止リング２１ｂから離れ、弁体１２ｂが開放され、液体燃料４が開口部１７、接続部中間室１９および開口部１６ｂを流通して、排出タンク３ｂの燃料吸い上げ材５ｂに排出される。
【００６４】
次に、排出タンク３ｂを引き抜くときは挿入の際とは逆の順番となり、図９の状態から本体部２４の弁体１２ｂが最初に閉じられ、接続部中間室１９内の液体燃料４が排出タンク３ｂ内に流入してから、排出タンク３ｂの弁体１２ｃが閉じられ、図６の状態へと戻る。
【００６５】
前記封止リング２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムやポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの弾性絶縁樹脂、またはステンレス鋼などの金属で形成することができ、また、本体部２４や外部タンク３と同材質で形成することもできる。
【００６６】
また、前記環状スリット２０を設けることで、接続部中間室１９に残存する液体燃料を保持することができ、外部への液体燃料の流出を防止できる。なお、環状スリット２０は複数設けることが好ましい。また、前記圧縮吸収材１８の本来の目的は、本体部２４と外部タンク３との接続時の衝撃を緩和するためのものであるが、前記環状スリット２０と同様の機能を有することもできる。即ち、圧縮吸収材１８を設けることで、接続部中間室１９に残存する液体燃料を吸収することができ、外部への液体燃料の流出を防止できる。
【００６７】
供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂには気液分離孔６ａが設けられている。この気液分離孔６ａの内側には気液分離膜６ｂが設けられている。この気液分離膜６ｂは細孔を持つＰＴＦＥ製シートからなり、放電反応で生成した二酸化炭素などを、液体燃料４を漏液させることなく供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂから放出させることができる。また、気液分離膜６ｂを脱着可能とすることで、液体燃料４を補充する時の充填口ともなる。なお、この気液分離孔６ａは、液体燃料貯蔵部５に設けることもできる。
【００６８】
また、供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂの外装面には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムやポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンなどの弾性樹脂で形成されたタンクシールガスケット２６ａ、２６ｂが少なくとも一つ設けられている。これにより、液体燃料の外部への流出の防止をより確実に行える。
【００６９】
また、供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂの外面部には、樹脂製または金属製である弾力を有する、例えば固定用プランジャ２２の凸部が設けられており、本体部２４の挿入口２５の内面部には固定用爪２３の凹部が設けられており、この凹凸部がかみ合うことで供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂと本体部２４とが固定される。上記凹部および凸部の取り付け面は、上記の逆であってもよい。この機構により、供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂが固定できるとともに、確実に燃料供給状態を保持することができる。
【００７０】
また、本体部２４の挿入口２５の周辺に開閉式シャッタ（図示せず）を設けると、異物の混入によるトラブルを未然に防ぐことができ、さらに安全性を高めることができる。
【００７１】
さらに、本体部２４の挿入口２５の内面部に設けられた凸部の位置を変更することができる切り替えレバーを設けることもできる。その凸部と供給タンク３ａおよび排出タンク３ｂの凹部がかみ合って対応することで、供給タンク３ａと排出タンク３ｂとを間違えることなく挿入することができる。
【００７２】
（実施形態２）
図１０に実施形態２の液体燃料電池の断面図を示す。図１０は、本体部２４に供給タンク３ａが完全に装着された状態を示す。本実施形態は、実施形態１の発電部の一部が複数個積層された構造となっていること以外は、実施形態１と同様の構造である。
【００７３】
（実施形態３）
図１１に実施形態３の液体燃料電池の断面図を示す。図１１は、本体部２４に供給タンク３ａが完全に装着された状態を示す。本実施形態は、中央部に液体燃料貯蔵部５を設け、供給タンク３ａの挿入口２５を本体部２４の側部に配置したこと以外は、実施形態１と同様の構造である。
【００７４】
（実施形態４）
図１２に実施形態４の液体燃料電池の断面図を示す。図１２は、本体部２４に供給タンク３ａが完全に装着された状態を示す。本実施形態は、実施形態１の弁体１２ａ、１２ｂの形状が円柱状であること以外は、実施形態１と同様の構造である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、液体燃料の供給および排出を液漏れすることなく確実に行うことができ、小型でも長時間安定して発電できる液体燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部（ａ）と外部タンク（ｂ）の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第１段階を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第２段階を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第３段階を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に供給タンクを接続する第４段階を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第１段階を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第２段階を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第３段階を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態１の液体燃料電池の本体部に排出タンクを接続する第４段階を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態２の液体燃料電池の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３の液体燃料電池の断面図である。
【図１２】本発明の実施形態４の液体燃料電池の断面図である。
【図１３】従来の液体燃料電池の断面図である。
【図１４】従来の他の液体燃料電池の断面図である。
【符号の説明】
１空気孔
２カバー板
３外部タンク
３ａ供給タンク
３ｂ排出タンク
４液体燃料
５液体燃料貯蔵部
５ａ、５ｂ、５ｃ燃料吸い上げ材
６ａ気液分離孔
６ｂ気液分離膜
６ｃ燃料充填口
７ａ負極集電体
７ｂ正極集電体
７ｃ連結集電体
８正極
８ａ拡散層
８ｂ触媒層
９負極
９ａ拡散層
９ｂ触媒層
１０電解質層
１１集電リード部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ弁体
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ圧縮バネ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃストッパー
１５ａ、１５ｂ、１５ｃストッパーガスケット
１６ａ、１６ｂ、１７開口部
１８圧縮吸収材
１９接続部中間室
２０環状スリット
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ封止リング
２２固定用プランジャ
２３固定用爪
２４本体部
２５挿入口
２６ａ、２６ｂタンクシールガスケット
２７電気的絶縁体
２８燃料タンク
２９燃料供給孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid fuel cell using a liquid as a fuel, and External tank for liquid fuel cell About.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the widespread use of cordless devices such as personal computers and mobile phones, secondary batteries as power sources are increasingly required to be smaller and have higher capacities. Currently, lithium ion secondary batteries have been put into practical use as secondary batteries that have high energy density and can be reduced in size and weight, and demand for portable power sources is increasing. However, depending on the type of cordless device used, this lithium secondary battery has not yet reached a level that guarantees sufficient continuous use time.
[0003]
In such a situation, an air battery, a fuel cell, etc. can be considered as an example of a battery that can meet the above-mentioned demand (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). The air battery is a battery that uses oxygen in the air as an active material for the positive electrode, and can be used for filling the negative electrode with most of the battery internal volume. Therefore, the air battery is suitable for increasing the energy density. It is thought that. However, this air battery has a problem that an alkaline solution used as an electrolytic solution reacts with carbon dioxide in the air and deteriorates.
[0004]
On the other hand, the conventional fuel cell is configured by stacking unit cells, so that it is bulky, and oxygen and fuel must be circulated and supplied to the respective positive and negative electrodes. Requires auxiliary equipment. As a result, the conventional fuel cell becomes much larger than a small secondary battery such as a lithium ion battery, and there is a problem in using it as a small portable power source.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-200468
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2223018
Here, although the output is reduced by removing the auxiliary device for forcibly circulating oxygen and fuel, the fuel cell can be reduced in size. However, there is a limit to miniaturization in a fuel cell having a stacked structure in which a plurality of integrated electrodes and electrolytes are stacked.
[0007]
On the other hand, when the plurality of electrode / electrolyte integrated products are arranged on the same plane, the fuel tank can be shared, the contact with the air can be improved, and the battery can be reduced in size as compared with the laminated structure.
[0008]
FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional liquid fuel cell having a planar structure. In FIG. 13, the adjacent positive electrode 8 and negative electrode 9 are electrically connected by a negative electrode current collector 7 a, a positive electrode current collector 7 b, and a current collector lead part 11. Further, the liquid fuel 4 is sealed with an electrical insulator 27 in the vicinity of the connecting portion. The liquid fuel 4 is stored in a fuel tank 28, and a fuel suction material 5c is disposed in the fuel tank 28. Further, as a method of extending the use time of the fuel cell, there is a method in which a fuel tank 28 is provided separately from the battery body as shown in FIG. 14, and the liquid fuel 4 is circulated through a pipe and supplied to the power generation unit of the battery body. is there.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Regardless of the fuel cell having any of the above structures, in order to continuously use the battery for a long period of time, it is necessary to supply liquid fuel. Also, depending on the type of liquid fuel, the liquid fuel may need to be replaced depending on the usage situation, and it is necessary not only to supply the liquid fuel to the fuel tank but also to discharge the liquid fuel from the fuel tank.
[0010]
Conventionally, the liquid fuel is supplied or discharged through the fuel filling port 6c. However, this method has a problem that liquid fuel is liable to leak and is inconvenient for general users.
[0011]
The present invention relates to a liquid fuel cell capable of reliably performing supply and discharge of liquid fuel without leakage. External tank for liquid fuel cell I will provide a.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The liquid fuel cell of the present invention includes a main body portion and an external tank, and the main body portion includes a positive electrode for reducing oxygen, a negative electrode for oxidizing fuel, and an electrolyte layer provided between the positive electrode and the negative electrode. And a liquid fuel storage unit, wherein the external tank is a liquid fuel cell formed to be capable of containing liquid fuel,
The main body and the external tank are detachably formed,
Each of the liquid fuel storage unit and the external tank includes an opening,
The opening of the liquid fuel storage unit and the opening of the external tank can be opened and closed, respectively. valve And a stopper for each of the valves,
The valve of the liquid fuel storage unit and the valve of the external tank are opened by being pressed against each other,
The opening pressure of the valve on the liquid fuel inflow side is set smaller than the opening pressure of the valve on the liquid fuel outflow side,
The liquid fuel storage unit and the external tank can supply or discharge liquid fuel by opening the respective valves of the opening.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0016]
An embodiment of the liquid fuel cell of the present invention includes a positive electrode that reduces oxygen, a negative electrode that oxidizes fuel, an electrolyte layer provided between the positive electrode and the negative electrode, and a liquid fuel storage unit. Yes. The liquid fuel storage unit includes an opening for supplying or discharging liquid fuel from the outside, the opening of the liquid fuel storage unit includes a valve, and the valve of the opening is pressed from the outside. Opened.
[0017]
By providing a valve at the opening of the liquid fuel storage section on the main body side of the liquid fuel cell, liquid fuel leakage during use of the liquid fuel cell can be prevented and leakage during supply or discharge of the liquid fuel can be prevented. Can also be prevented.
[0018]
Further, another embodiment of the liquid fuel cell of the present invention includes a main body and an external tank, and the main body includes a positive electrode that reduces oxygen, a negative electrode that oxidizes fuel, and the positive electrode and the negative electrode. An electrolyte layer provided therebetween and a liquid fuel storage unit are provided. The main body and the external tank are detachably formed, and the liquid fuel storage section and the external tank of the main body each have an opening, and liquid fuel is supplied or discharged through these openings. Each of the opening of the main body and the opening of the external tank includes a valve (for example, a spherical or cylindrical valve body) and a stopper. The valve of the main body and the valve of the external tank are opened by being pressed against each other, and the opening pressure of the valve on the liquid fuel inflow side is the valve on the side of liquid fuel outflow. Is set to be smaller than the opening pressure.
[0019]
More specifically, when the external tank is a supply tank for supplying liquid fuel, the valve opening pressure of the main body is set smaller than the valve opening pressure of the supply tank. Thus, when liquid fuel is supplied by connecting the main body and the supply tank, the liquid fuel flows out after the valve of the main body on the side into which the liquid fuel flows is first opened and ready for reception. Since the supply tank valve is opened, liquid leakage does not occur at the start of liquid fuel supply. In addition, when the supply of liquid fuel is finished and the main body and the supply tank are separated, the supply tank valve on the side from which the liquid fuel flows out first closes and the supply of liquid fuel stops completely. Since the valve of the main body on the side into which the liquid fuel flows is closed, no liquid leaks at the end of the supply of the liquid fuel.
[0020]
Further, when the external tank is a discharge tank for discharging liquid fuel, the opening pressure of the valve of the main body is set to be larger than the opening pressure of the valve of the discharge tank. As a result, when the liquid fuel is discharged by connecting the main body and the discharge tank, the liquid fuel flows out after the valve of the discharge tank into which the liquid fuel flows is first opened and ready for reception. Since the main body valve is opened, no liquid leaks at the start of liquid fuel discharge. In addition, when the liquid fuel is completely discharged and the main body and the discharge tank are separated, the main body valve on the side from which the liquid fuel flows out first closes and the liquid fuel discharge stops completely. Since the valve of the discharge tank on the liquid fuel inflow side is closed, no liquid leaks at the end of the discharge of the liquid fuel.
[0021]
Further, the liquid fuel cell of the present embodiment has no liquid leakage to the outside even during the supply and discharge of the liquid fuel, and the main body portion and the external tank can be separated to be detachable. The liquid fuel storage section can be minimized, power generation elements such as electrodes, electrolytes, and current collectors can be integrated, and the liquid fuel cell can be reduced in size. In addition, since the liquid fuel can be supplied and discharged through the same opening of the main body, there is no need to provide two separate spaces for the supply tank and two for the discharge tank, thereby reducing the size of the apparatus. Can be achieved. In addition, since the liquid fuel supply tank can be inserted and removed, the liquid fuel supply can be easily cut off by removing the supply tank when the liquid fuel cell mounting device is not used, thereby extending the life of the liquid fuel cell. be able to. In addition, when the liquid fuel cell is used for a long time, sufficient liquid fuel can be supplied if the supply tank is left attached.
[0022]
Moreover, it is preferable that the valve of the main body before opening and the valve of the external tank before opening are pressed against an annular liquid fuel sealing portion (for example, a sealing ring), respectively. This is because the liquid fuel can be prevented from flowing out with the valve closed.
[0023]
Moreover, it is preferable that an annular member (for example, a tank seal gasket) is disposed on the exterior portion of the external tank. This is because it is possible to prevent the liquid fuel from flowing out from the gap between the main body and the external tank when supplying and discharging the liquid fuel.
[0024]
The liquid fuel sealing part and the annular member are preferably made of at least one selected from the group consisting of silicone rubber, fluorine rubber, butyl rubber, urethane rubber, polypropylene, nylon and polyethylene. This is because these materials are excellent in sealing performance of liquid fuel.
[0025]
Further, it is preferable that a liquid retaining slit (for example, an annular slit) is provided on at least one of the outside of the opening of the main body and the outside of the opening of the external tank. This is because the liquid fuel remaining in the liquid retaining slit is held after the supply / discharge of the liquid fuel is completed, and the outflow of the liquid fuel to the outside can be prevented.
[0026]
Moreover, it is preferable that the main body portion is provided with an insertion port into which the external tank can be inserted. This is because the main body and the external tank can be easily fixed when supplying and discharging the liquid fuel.
[0027]
Moreover, it is preferable that the opening part of the said main-body part is provided in the inside of the insertion port of the said main-body part, and the diameter of the said insertion port is 10 mm or less, More preferably, it is the range of 3-8 mm. This is because fingers are prevented from touching the valve of the main body, and the valve can be prevented from being accidentally opened.
[0028]
Moreover, it is preferable to provide an openable / closable shutter around the insertion opening of the main body. This is because it is possible to prevent troubles caused by foreign matters mixed into the insertion port of the main body, and to prevent the valve opening of the main body from being opened contrary to the meaning of the valve, thereby improving safety.
[0029]
The external tank includes a convex portion (for example, a fixing plunger) on an outer surface portion thereof, and a concave portion (for example, a fixing claw) on an inner surface portion of the insertion port of the main body portion. It is preferable that the recess is fitted. Alternatively, it is preferable that the outer tank has a concave portion on an outer surface portion thereof, a convex portion on an inner surface portion of the insertion port of the main body portion, and the convex portion and the concave portion are fitted. This is because when the liquid fuel is supplied / discharged, the main body portion and the external tank can be easily fixed by engaging the concave and convex portions.
[0030]
Moreover, it is preferable that the position of the convex part provided in the inner surface part of the insertion port of the main-body part can be changed according to the kind of the external tank. This is because the supply tank and the discharge tank can be inserted without making a mistake by making the positions of the recesses of the supply tank and the discharge tank different.
[0031]
In the liquid fuel cell of the present embodiment, the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte layer constitute an electrode / electrolyte integrated product, and the electrode / electrolyte integrated product is arranged on the same plane. Is preferred. This is because the thickness of the battery can be reduced.
[0032]
It is preferable that a plurality of the electrode / electrolyte integrated products are provided, and each electrolyte layer of the electrode / electrolyte integrated product is formed as a continuous integrated product. This is because the number of parts and assembly man-hours can be reduced.
[0033]
In addition, the liquid fuel cell of the present embodiment includes a liquid fuel impregnation unit (for example, a fuel suction material) that impregnates and holds liquid fuel and supplies the liquid fuel to the negative electrode, and the liquid fuel impregnation unit includes the liquid fuel impregnation unit. It is preferable that the electrode is disposed at a portion in contact with the negative electrode. This is because even when the liquid fuel is consumed, the contact between the liquid fuel and the negative electrode is maintained, so that the liquid fuel can be used up to the end.
[0034]
Preferably, at least one selected from the liquid fuel storage unit and the external tank includes a gas-liquid separation hole, and a gas-liquid separation membrane is disposed in the gas-liquid separation hole. This is because the carbon dioxide generated by the discharge reaction can be released to the outside without causing the liquid fuel to leak.
[0035]
Further, the liquid fuel supply / discharge method of the liquid fuel cell according to the present embodiment is a liquid fuel supply / discharge method of the liquid fuel cell. First, the main body and the external tank are connected, and the main body is connected. The valve of the external tank and the valve of the external tank are brought into contact with each other, the valve of the main body and the valve of the external tank are pressed against each other, and the valve on the side into which the liquid fuel flows is opened. Abut the stopper. Thereafter, the valve of the main body part and the valve of the external tank are further pressed against each other to open the valve on the side where the liquid fuel flows out, and between the liquid fuel storage part of the main body part and the external tank. Supply or discharge liquid fuel.
[0036]
After the supply or discharge of the liquid fuel is finished, the pressure of the valve of the main body and the valve of the external tank is loosened, the valve on the side from which the liquid fuel flows out is closed, and then the valve of the main body The pressure with the valve of the external tank is loosened, and the valve on the side into which the liquid fuel flows is closed.
[0037]
As a result, the external tank can be attached and detached without liquid leakage to the outside, and liquid fuel can be easily supplied, discharged and shut off, and the liquid fuel cell can be used continuously for a long time.
[0038]
In the liquid fuel supply / discharge method of the liquid fuel cell according to the present embodiment, the main body and the external tank can be separated after closing the valve on the liquid fuel inflow side.
[0039]
The present invention can also be applied to a liquid fuel cell provided with an auxiliary device that circulates and supplies oxygen and fuel to the respective positive and negative electrodes, thereby reducing the space of the liquid fuel storage unit. The overall size can be reduced.
[0040]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an embodiment of a main body (a) and an external tank (b) of a liquid fuel cell of the present invention.
[0042]
First, the main part of the liquid fuel cell of this embodiment will be described. In FIG. 1, the main body 24 includes cover plates 2 on the outer surfaces on both sides, and the cover plate 2 is provided with a plurality of air holes 1. Thus, oxygen in the atmosphere comes into contact with the positive electrode 8 described later through the air hole 1. The main body 24 is made of, for example, a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), hard polyvinyl chloride, polypropylene, or polyethylene, or a corrosion-resistant metal such as stainless steel.
[0043]
In addition, the liquid fuel storage unit 5 is provided at a position facing the cover plate 2 and at a side surface of the main body 24. Between the cover plate 2 and the liquid fuel storage unit 5, a power generation unit including a positive electrode 8, a negative electrode 9, an electrolyte layer 10, and the like is disposed.
[0044]
The positive electrode 8 is configured, for example, by laminating a diffusion layer 8a made of a porous carbon material and a catalyst layer 8b made of carbon powder carrying a catalyst. The positive electrode 8 has a function of reducing oxygen, and for example, platinum fine particles, alloy fine particles of iron, nickel, cobalt, tin, ruthenium, gold or the like and platinum are used as the catalyst. The catalyst layer 8b may contain PTFE resin particles or proton exchange resin particles. As the proton exchange resin particles, for example, polyperfluorosulfonic acid resin, sulfonated polyether sulfonic acid resin, sulfonated polyimide resin or the like can be used. A carbon powder paste containing PTFE resin particles may be applied to the catalyst layer side of the diffusion layer 8a in order to improve water repellency.
[0045]
The electrolyte layer 10 is formed of a material that does not have electron conductivity and can transport protons. For example, polyperfluorosulfonic acid resin membranes, specifically “Nafion” (trade name) manufactured by DuPont, “Flemion” (trade name) manufactured by Asahi Glass Co., “Aciplex” manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. (product) The electrolyte layer 10 can be formed by the following method. Otherwise, it can be formed from a sulfonated polyether sulfonic acid resin film, a sulfonated polyimide resin film, a sulfuric acid-doped polybenzimidazole film, or the like.
[0046]
The negative electrode 9 includes a diffusion layer 9a and a catalyst layer 9b, and has a function of generating protons from the fuel, that is, a function of oxidizing the fuel. For example, the negative electrode 9 can be formed in the same manner as the positive electrode.
[0047]
The positive electrode 8, the negative electrode 9, and the electrolyte layer 10 are laminated to form an electrode / electrolyte integrated product. That is, the electrode / electrolyte integrated body is formed of the positive electrode 8, the negative electrode 9, and the electrolyte layer 10 provided between the positive electrode 8 and the negative electrode 9. A plurality of the electrode / electrolyte integrated products are arranged in a planar shape.
[0048]
Between each electrode / electrolyte integrated body, an electrical insulator 27 is disposed to prevent a short circuit between each electrode / electrolyte integrated body and to prevent liquid fuel from flowing out to the positive electrode side or outside the battery. . The electrical insulator 27 is made of an elastic insulating resin such as silicone rubber, fluorine rubber, butyl rubber, urethane rubber, polypropylene, nylon, or polyethylene.
[0049]
A positive electrode current collector 7 b is installed at a position on the opposite side of the positive electrode 8 from the electrolyte layer 10 and in contact with the positive electrode 8, and a negative electrode current collector at a position on the opposite side of the negative electrode 9 from the electrolyte layer 10 and in contact with the negative electrode 9. The body 7a is installed, and a part of the adjacent positive electrode current collector 7b and a part of the negative electrode current collector 7a are electrically connected to each other by a connecting current collector 7c. These current collectors 7a, 7b, and 7c are made of a noble metal such as platinum or gold, a corrosion-resistant metal such as stainless steel, or a conductive member such as carbon.
[0050]
A fuel supply hole 29 is provided in a portion in contact with the negative electrode 9, and liquid fuel is supplied to the negative electrode 9 from this portion. A fuel suction material 5 a that is impregnated and held with liquid fuel and supplies liquid fuel to the negative electrode 9 is disposed inside the liquid fuel storage unit 5. Thereby, even if the liquid fuel is consumed, the contact between the liquid fuel and the negative electrode 9 is maintained, so that the liquid fuel can be used up to the end. Glass fiber can be used as the fuel sucking material 5a, but other materials may be used as long as the dimensions do not change much by impregnation with liquid fuel and are chemically stable.
[0051]
Further, an insertion port 25 for inserting the external tank 3 is provided at the center of the main body 24. An opening 17 for supplying or discharging liquid fuel is provided at the tip of the insertion port 25. The opening 17 is provided with a spherical valve body 12b made of resin or metal, and the valve body 12b is pressed against the sealing ring 21b by a compression spring 13b. Further, a stopper 14b is provided at a position facing the sealing ring 21b, and a stopper gasket 15b is disposed below the stopper 14b. An annular slit 20 is provided outside the opening 17. Further, a compression absorbent material 18 is provided adjacent to the annular slit 20.
[0052]
Next, the external tank of the liquid fuel cell of this embodiment will be described. The external tank 3 serves as a supply tank 3a when the liquid fuel 4 is supplied to the main body 24 of the liquid fuel cell, and serves as a discharge tank 3b when the liquid fuel 4 is discharged from the main body 24. As the liquid fuel 4, for example, methanol aqueous solution, ethanol aqueous solution, dimethyl ether, sodium borohydride aqueous solution, potassium borohydride aqueous solution, lithium borohydride aqueous solution and the like are used.
[0053]
The external tank 3 can be formed from, for example, a synthetic resin such as PTFE, hard polyvinyl chloride, polypropylene, or polyethylene, or a corrosion-resistant metal such as stainless steel.
[0054]
Next, a method for supplying or discharging liquid fuel in the liquid fuel cell according to this embodiment will be described.
[0055]
First, the case where the external tank 3 is the supply tank 3a will be described. The supply tank 3a can be inserted into the insertion port 25 of the main body 24 and can be attached and detached. An opening 16a for supplying the liquid fuel 4 is provided at the tip of the supply tank 3a. The opening 16a is provided with a spherical valve body 12a made of resin or metal, and the valve body 12a is pressed against the sealing ring 21a by a compression spring 13a. A stopper 14a is provided at a position facing the sealing ring 21a, and a stopper gasket 15a is disposed below the stopper 14a.
[0056]
Further, the compression force of the compression spring 13b of the valve body 12b of the main body 24 is set to be smaller than the compression force of the compression spring 13a of the valve body 12a of the supply tank 3a. Thereby, when connecting the supply tank 3a to the main body part 24, the valve body 12b of the main body part 24 is opened first, and then the valve body 12a of the supply tank 3a is opened. Conversely, when the supply tank 3a is detached from the main body 24, the valve body 12a of the supply tank 3a is closed first, and then the valve body 12b of the main body 24 is closed.
[0057]
Further, the contact surface between the valve body 12a of the supply tank 3a and the valve body 12b of the main body portion 24 is in a recess from the exterior surface of the main body portion 24, and the supply tank 3a is inserted into the insertion port 25 of the main body portion 24. Liquid fuel 4 is supplied.
[0058]
Next, a method for attaching and detaching the main body 24 and the supply tank 3a will be described in more detail. 2 to 5 are sectional views showing a state in which the supply tank 3a is mounted on the main body 24. FIG. FIG. 2 shows an initial stage in which the supply tank 3a is inserted into the insertion port 25 of the main body 24, and both the valve body 12a and the valve body 12b are closed. When the supply tank 3a is further pushed into the main body 24, the valve body 12a of the supply tank 3a and the valve body 12b of the main body 24 collide as shown in FIG. Here, when the supply tank 3a is further pushed into the main body 24, the compression force of the compression spring 13b of the valve body 12b of the main body 24 is set smaller than the compression force of the compression spring 13a of the valve body 12a of the supply tank 3a. Therefore, as shown in FIG. 4, the valve body 12b of the main body 24 is separated from the sealing ring 21b, and the valve body 12b is first opened. Next, when the supply tank 3a is further pushed into the main body 24, the valve body 12b of the main body 24 comes into contact with the stopper 14b. Here, when the supply tank 3a is further pushed into the main body 24, as shown in FIG. 5, the valve body 12a of the supply tank 3a is separated from the sealing ring 21a, the valve body 12a is opened, and the liquid fuel 4 is supplied. 3a is passed through the opening 16a, the connecting portion intermediate chamber 19 and the opening 17 of the main body 24, and supplied to the fuel suction member 5a of the liquid fuel storage portion 5.
[0059]
Next, when the supply tank 3a is pulled out, the order is the reverse of the insertion, the valve body 12a of the supply tank 3a is closed first from the state of FIG. 5, and the liquid fuel 4 in the connecting portion intermediate chamber 19 is liquid. After flowing into the fuel storage part 5, the valve body 12b of the main body part 24 is closed, and the state returns to the state of FIG.
[0060]
Next, the case where the external tank 3 is the discharge tank 3b will be described. The discharge tank 3b can be inserted into the insertion port 25 of the main body 24 and can be attached and detached. An opening 16b for discharging the liquid fuel 4 is provided at the tip of the discharge tank 3b. The opening 16b is provided with a spherical valve body 12c made of resin or metal, and the valve body 12c is pressed against the sealing ring 21c by a compression spring 13c. Further, a stopper 14c is provided at a position facing the sealing ring 21c, and a stopper gasket 15c is disposed below the stopper 14c.
[0061]
Further, the compression force of the compression spring 13b of the valve body 12b of the main body 24 is set larger than the compression force of the compression spring 13c of the valve body 12c of the discharge tank 3b. Thereby, when connecting the discharge tank 3b to the main body 24, the valve body 12c of the discharge tank 3b is opened first, and then the valve body 12b of the main body 24 is opened. Conversely, when the discharge tank 3b is detached from the main body 24, the valve body 12b of the main body section 24 is closed first, and then the valve body 12c of the discharge tank 3b is closed.
[0062]
Further, the contact surface between the valve body 12 c of the discharge tank 3 b and the valve body 12 b of the main body portion 24 is in a recess from the exterior surface of the main body portion 24, and the discharge tank 3 b is inserted into the insertion port 25 of the main body portion 24. The liquid fuel 4 is discharged.
[0063]
Next, a method for attaching and detaching the main body 24 and the discharge tank 3b will be described in more detail. 6 to 9 are cross-sectional views showing a state in which the discharge tank 3b is attached to the main body 24. FIG. FIG. 6 shows an initial stage in which the discharge tank 3b is inserted into the insertion port 25 of the main body 24, and both the valve body 12c and the valve body 12b are closed. When the discharge tank 3b is further pushed into the main body 24, the valve body 12c of the discharge tank 3b and the valve body 12b of the main body 24 collide as shown in FIG. Here, when the discharge tank 3b is further pushed into the main body 24, the compression force of the compression spring 13b of the valve body 12b of the main body 24 is set larger than the compression force of the compression spring 13c of the valve body 12c of the discharge tank 3b. Therefore, as shown in FIG. 8, the valve body 12c of the discharge tank 3b is separated from the sealing ring 21c, and the valve body 12c is first opened. Next, when the discharge tank 3b is further pushed into the main body 24, the valve body 12c of the discharge tank 3b comes into contact with the stopper 14c. When the discharge tank 3b is further pushed into the main body 24, the valve body 12b of the main body 24 is separated from the sealing ring 21b, the valve body 12b is opened, and the liquid fuel 4 is opened as shown in FIG. 17, It distribute | circulates through the connection part intermediate | middle chamber 19 and the opening part 16b, and is discharged | emitted by the fuel suction material 5b of the discharge tank 3b.
[0064]
Next, when the discharge tank 3b is pulled out, the order is the reverse of the insertion, the valve body 12b of the main body 24 is first closed from the state of FIG. 9, and the liquid fuel 4 in the connecting portion intermediate chamber 19 is discharged. After flowing into the tank 3b, the valve body 12c of the discharge tank 3b is closed and returns to the state of FIG.
[0065]
The sealing rings 21a, 21b, and 21c can be formed of silicone rubber, fluorine rubber, butyl rubber, urethane rubber, elastic insulating resin such as polypropylene, nylon, or polyethylene, or metal such as stainless steel. 24 and the outer tank 3 can be formed of the same material.
[0066]
Further, by providing the annular slit 20, the liquid fuel remaining in the connecting portion intermediate chamber 19 can be held, and the outflow of the liquid fuel to the outside can be prevented. A plurality of annular slits 20 are preferably provided. The original purpose of the compression absorbent 18 is to alleviate the impact when the main body 24 and the external tank 3 are connected, but it can also have the same function as the annular slit 20. That is, by providing the compression absorbent 18, the liquid fuel remaining in the connecting portion intermediate chamber 19 can be absorbed, and the liquid fuel can be prevented from flowing out to the outside.
[0067]
The supply tank 3a and the discharge tank 3b are provided with gas-liquid separation holes 6a. A gas-liquid separation film 6b is provided inside the gas-liquid separation hole 6a. The gas-liquid separation membrane 6b is made of a PTFE sheet having pores, and can release carbon dioxide and the like generated by the discharge reaction from the supply tank 3a and the discharge tank 3b without causing the liquid fuel 4 to leak. Further, by allowing the gas-liquid separation membrane 6b to be removable, it also serves as a filling port when the liquid fuel 4 is replenished. The gas-liquid separation hole 6 a can also be provided in the liquid fuel storage unit 5.
[0068]
The exterior surfaces of the supply tank 3a and the discharge tank 3b are provided with at least one tank seal gasket 26a, 26b made of an elastic resin such as silicone rubber, fluoro rubber, butyl rubber, urethane rubber, polypropylene, nylon or polyethylene. It has been. Thereby, it is possible to more reliably prevent the liquid fuel from flowing out.
[0069]
Further, on the outer surface portions of the supply tank 3a and the discharge tank 3b, for example, a convex portion of a fixing plunger 22 having elasticity made of resin or metal is provided, and the inner surface portion of the insertion port 25 of the main body portion 24 is provided. Is provided with a concave portion of the fixing claw 23, and the supply tank 3a and the discharge tank 3b are fixed to the main body portion 24 by engaging the concave and convex portions. The mounting surface of the concave and convex portions may be the reverse of the above. With this mechanism, the supply tank 3a and the discharge tank 3b can be fixed, and the fuel supply state can be reliably maintained.
[0070]
In addition, if an openable / closable shutter (not shown) is provided around the insertion opening 25 of the main body 24, troubles due to foreign matters can be prevented and safety can be further improved.
[0071]
Furthermore, a switching lever that can change the position of the convex portion provided on the inner surface of the insertion port 25 of the main body 24 can be provided. Since the convex portions and the concave portions of the supply tank 3a and the discharge tank 3b are engaged with each other, the supply tank 3a and the discharge tank 3b can be inserted without making a mistake.
[0072]
(Embodiment 2)
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the liquid fuel cell of the second embodiment. FIG. 10 shows a state in which the supply tank 3 a is completely attached to the main body 24. The present embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that a part of the power generation unit of the first embodiment is stacked.
[0073]
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a cross-sectional view of the liquid fuel cell according to the third embodiment. FIG. 11 shows a state in which the supply tank 3 a is completely attached to the main body 24. The present embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the liquid fuel storage unit 5 is provided at the center and the insertion port 25 of the supply tank 3a is arranged on the side of the main body 24.
[0074]
(Embodiment 4)
FIG. 12 shows a cross-sectional view of the liquid fuel cell of the fourth embodiment. FIG. 12 shows a state in which the supply tank 3 a is completely attached to the main body 24. The present embodiment has the same structure as that of the first embodiment except that the shape of the valve bodies 12a and 12b of the first embodiment is a cylindrical shape.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide a liquid fuel cell that can reliably supply and discharge liquid fuel without leaking, and can stably generate power for a long time even if it is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main body (a) and an external tank (b) of a liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first stage of connecting a supply tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second stage of connecting a supply tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third stage of connecting a supply tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fourth stage of connecting a supply tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a first stage of connecting a discharge tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a second stage of connecting the discharge tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a third stage of connecting the discharge tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fourth stage of connecting the discharge tank to the main body of the liquid fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a liquid fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a liquid fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a liquid fuel cell according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional liquid fuel cell.
FIG. 14 is a cross-sectional view of another conventional liquid fuel cell.
[Explanation of symbols]
1 Air hole
2 Cover plate
3 External tank
3a Supply tank
3b Discharge tank
4 Liquid fuel
5 Liquid fuel storage
5a, 5b, 5c Fuel suction material
6a Gas-liquid separation hole
6b Gas-liquid separation membrane
6c Fuel filling port
7a Negative electrode current collector
7b Positive electrode current collector
7c Connected current collector
8 Positive electrode
8a Diffusion layer
8b Catalyst layer
9 Negative electrode
9a Diffusion layer
9b Catalyst layer
10 Electrolyte layer
11 Current collector lead
12a, 12b, 12c Valve body
13a, 13b, 13c Compression spring
14a, 14b, 14c Stopper
15a, 15b, 15c Stopper gasket
16a, 16b, 17 opening
18 Compression absorber
19 Connection room intermediate room
20 Annular slit
21a, 21b, 21c Sealing ring
22 Plunger for fixing
23 Fixing nails
24 Body
25 insertion slot
26a, 26b Tank seal gasket
27 Electrical insulator
28 Fuel tank
29 Fuel supply hole

Claims

The main body includes an anode for reducing oxygen, a negative electrode for oxidizing fuel, an electrolyte layer provided between the positive electrode and the negative electrode, and a liquid fuel storage unit. The external tank is a liquid fuel cell formed to be able to contain liquid fuel,
The main body and the external tank are detachably formed,
Each of the liquid fuel storage unit and the external tank includes an opening,
The opening of the liquid fuel storage unit and the opening of the external tank each include a valve that can be opened and closed and a stopper for each of the valves,
The valve of the liquid fuel storage unit and the valve of the external tank are opened by being pressed against each other,
The opening pressure of the valve on the liquid fuel inflow side is set smaller than the opening pressure of the valve on the liquid fuel outflow side,
The liquid fuel cell according to claim 1, wherein the liquid fuel storage unit and the external tank can supply or discharge the liquid fuel by opening the respective valves of the opening.

2. The liquid fuel cell according to claim 1, wherein the valve of the main body before opening and the valve of the external tank before opening are respectively pressed by an annular liquid fuel sealing portion.

3. The liquid fuel cell according to claim 1, wherein an annular member that prevents liquid fuel from flowing out from a gap between the main body and the external tank is disposed in an exterior portion of the external tank .

4. The liquid fuel according to claim 2, wherein the liquid fuel sealing portion and the annular member are made of at least one selected from the group consisting of silicone rubber, fluororubber, butyl rubber, urethane rubber, polypropylene, nylon, and polyethylene. battery.

The liquid fuel cell according to claim 1, wherein a liquid retaining slit is provided in at least one selected from the outside of the opening of the main body and the outside of the opening of the external tank.

The liquid fuel cell according to claim 1, wherein the main body portion is provided with an insertion port into which the external tank can be inserted.

The liquid fuel cell according to claim 6, wherein an opening of the main body is provided inside an insertion port of the main body, and the diameter of the insertion port is 10 mm or less.

The liquid fuel cell according to claim 6 or 7, wherein an openable / closable shutter is provided around an insertion port of the main body.

The said external tank is provided with a convex part in the outer surface part, is provided with a recessed part in the inner surface part of the insertion port of the said main-body part, The said convex part and the said recessed part fit in any one of Claims 6-8. Liquid fuel cell.

The said external tank is provided with a recessed part in the outer surface part, and is provided with a convex part in the inner surface part of the insertion port of the said main-body part, The said convex part and the said recessed part fit in any one of Claims 6-8. Liquid fuel cell.

The liquid fuel cell according to claim 10, wherein the position of the convex portion provided on the inner surface of the insertion port of the main body can be changed according to the type of the external tank.

The positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte layer constitute an electrode / electrolyte integrated product, and a plurality of the electrode / electrolyte integrated products are provided, and the respective electrode / electrolyte integrated products are arranged on the same plane. The liquid fuel cell according to claim 1.

The liquid fuel cell according to claim 12, comprising a plurality of the electrode / electrolyte integrated products, wherein each electrolyte layer of the electrode / electrolyte integrated product is formed as a continuous integrated product.

The liquid fuel impregnation part which impregnates and hold | maintains liquid fuel and supplies the said liquid fuel to the said negative electrode is provided, The said liquid fuel impregnation part is arrange | positioned in the part which contact | connects the said negative electrode. The liquid fuel cell as described.

The at least one selected from the said liquid fuel storage part and the said external tank is provided with a gas-liquid separation hole, The gas-liquid separation membrane is arrange | positioned at the said gas-liquid separation hole. Liquid fuel cell.