JP4693377B2 - Fuel cell container, fuel cell and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、電解質部材を収容するセラミックスから成る小型で高信頼性の燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池ならびに電子機器に関する。 The present invention relates to a small and highly reliable fuel cell container made of ceramics that accommodates an electrolyte member, a fuel cell using the same, and an electronic device.
近年、これまでよりも低温で動作する小型燃料電池の開発が活発になされている。燃料電池には、これに用いる電解質の種類により、固体高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：以下、ＰＥＦＣと記す）やリン酸型燃料電池、あるいは固体電解質型燃料電池といったものが知られている。 In recent years, development of small fuel cells that operate at a lower temperature than before has been actively conducted. Depending on the type of electrolyte used for the fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as PEFC), a phosphoric acid fuel cell, or a solid electrolyte fuel cell is known. ing.
中でもＰＥＦＣは、作動温度が８０〜１００℃程度という低温であり、
（１）出力密度が高く、小型化、軽量化が可能である、
（２）電解質が腐食性でなく、しかも作動温度が低いため、耐食性の面から電池構成材料の制約が少ないので、コスト低減が容易である、
（３）常温で起動できるため、起動時間が短い、
といった優れた特長を有している。このためＰＥＦＣは、以上のような特長を活かして、車両用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム等への適用ばかりでなく、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ノートパソコン、デジタルカメラやビデオカメラ等の出力が数Ｗ〜数十Ｗの携帯電子機器用の電源としての用途が考えられてきている。
Among them, PEFC has a low operating temperature of about 80-100 ° C,
(1) The output density is high, and the size and weight can be reduced.
(2) Since the electrolyte is not corrosive and the operating temperature is low, since there are few restrictions on the battery constituent materials from the viewpoint of corrosion resistance, cost reduction is easy.
(3) Since it can be started at room temperature, the startup time is short.
It has excellent features such as For this reason, PEFC takes advantage of the above features and is not only applied to driving power sources for vehicles and cogeneration systems for homes, but also to mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), laptop computers, digital cameras, The use as a power source for portable electronic devices whose output of a video camera or the like has several W to several tens of W has been considered.
ＰＥＦＣは、大別して、例えば、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極から成る燃料極（カソード）と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極から成る空気極（アノード）と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状の電解質部材（以下、電解質部材と記す）とを有して構成されている。ここで、燃料極には、改質部を介して抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、空気極には、大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給されることにより、電気化学反応により所定の電気エネルギーが生成（発電）され、負荷に対する駆動電源（電圧／電流）となる電気エネルギーが生成される。 The PEFC is roughly divided, for example, a fuel electrode (cathode) composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum and platinum-ruthenium are adhered, and an air electrode (anode) composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are adhered, A film-like electrolyte member (hereinafter referred to as an electrolyte member) interposed between the fuel electrode and the air electrode is configured. Here, hydrogen gas (H 2 ) extracted through the reforming unit is supplied to the fuel electrode, while oxygen gas (O 2 ) in the atmosphere is supplied to the air electrode, Predetermined electric energy is generated (power generation) by the electrochemical reaction, and electric energy that is a driving power source (voltage / current) for the load is generated.
具体的には、燃料極に水素ガス（Ｈ２）が供給されると、次の化学反応式（１）に示すように、上記触媒により電子（ｅ−）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、電解質部材を介して空気極側に通過するとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出されて負荷に供給される。 Specifically, when the hydrogen gas to the fuel electrode (H 2) is supplied, as shown in the following chemical equation (1), electrons by the catalyst (e -) is separated hydrogen ions (protons; H + ) Is generated and passes through the electrolyte member to the air electrode side, and electrons (e − ) are taken out by the carbon electrode constituting the fuel electrode and supplied to the load.
３Ｈ２ → ６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・（１）
一方、空気極に空気が供給されると、次の化学反応式（２）に示すように、上記触媒により負荷を経由した電子（ｅ−）と電解質部材を通過した水素イオン（Ｈ＋）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）とが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
3H 2 → 6H + + 6e − (1)
On the other hand, when air is supplied to the air electrode, as shown in the following chemical reaction formula (2), electrons (e − ) passing through the load by the catalyst and hydrogen ions (H + ) passing through the electrolyte member, Reaction with oxygen gas (O 2 ) in the air produces water (H 2 O).
６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・（２）
このような一連の電気化学反応（式（１）および式（２））は、概ね８０〜１００℃の比較的低温の温度条件で進行し、電力以外の副生成物は基本的に水（Ｈ２Ｏ）のみとなる。
6H + + 3 / 2O 2 + 6e − → 3H 2 O (2)
Such a series of electrochemical reactions (formula (1) and formula (2)) proceeds at a relatively low temperature condition of approximately 80 to 100 ° C., and by-products other than electric power are basically water (H 2 O) only.
電解質部材を構成するイオン導電膜（交換膜）は、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合膜、フルオロカーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフト化したもの等が知られており、最近ではパーフルオロカーボンスルフォン酸膜（例えば、商品名「ナフィオン」デュポン社製）等が用いられている。 The ion conductive film (exchange membrane) constituting the electrolyte member is a polystyrene-based cation exchange membrane having a sulfonic acid group, a mixed membrane of fluorocarbon sulfonic acid and polyvinylidene fluoride, and trifluoroethylene grafted on a fluorocarbon matrix. Recently, a perfluorocarbon sulfonic acid film (for example, trade name “Nafion” manufactured by DuPont) or the like has been used.
図４に、従来の燃料電池（ＰＥＦＣ）の構成を断面図で示す。同図において、２１はＰＥＦＣ、２３は電解質部材、２４および２５は電解質部材２３を挟持するように電解質部材２３上に配置され、ガス拡散層および触媒層としての機能を有する一対の多孔質電極、即ち燃料極および空気極であり、２６はガスセパレータ、２８は燃料流路、２９は空気流路である。 FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a conventional fuel cell (PEFC). In the figure, 21 is a PEFC, 23 is an electrolyte member, 24 and 25 are arranged on the electrolyte member 23 so as to sandwich the electrolyte member 23, and a pair of porous electrodes functioning as a gas diffusion layer and a catalyst layer, That is, a fuel electrode and an air electrode, 26 is a gas separator, 28 is a fuel flow path, and 29 is an air flow path.
ガスセパレータ２６は、ガスセパレータ２６の外形を形成する積層部およびガス流入出枠と、燃料流路２８と空気流路２９とを分離するセパレータ部と、このセパレータ部を貫通するように設けられた、電解質部材２３の燃料極２４および空気極２５に対応するように配置された電極とから構成されている。電池の最小単位である電解質部材２３の燃料極２４、空気極２５が電気的に直列および／または並列に接続されるようにガスセパレータ２６を介して多数積層して燃料電池スタックとし、この燃料電池スタックを箱体に収納したものが一般的なＰＥＦＣ本体である。 The gas separator 26 is provided so as to penetrate the separator portion and the gas inflow / outflow frame that form the outer shape of the gas separator 26, the separator portion that separates the fuel passage 28 and the air passage 29, and the separator portion. The electrode member is configured to correspond to the fuel electrode 24 and the air electrode 25 of the electrolyte member 23. A fuel cell stack is formed by stacking a large number of fuel electrodes 24 and air electrodes 25 of an electrolyte member 23, which is the minimum unit of a battery, via a gas separator 26 so as to be electrically connected in series and / or in parallel. A typical PEFC body is a stack in a box.
ガスセパレータ２６に形成された燃料流路２８を通して燃料極２４には改質器から水蒸気を含む燃料ガス（水素に富むガス）が供給され、また、空気極２５には空気流路２９を通して大気中から酸化ガスとして空気が供給され、電解質部材２３での化学反応により発電される。
しかしながら、上記のような高電圧、高容量の電池として従来より提案され開発されている燃料電池２１は、スタック構造を有し、そのため大面積化された大重量で大型の電池であり、小型電池としての燃料電池の利用は従来はほとんど考えられていなかった。 However, the fuel cell 21 that has been proposed and developed as a high-voltage and high-capacity battery as described above has a stack structure, and is therefore a large-sized large-sized battery with a large area. Conventionally, the use of the fuel cell has been hardly considered.
即ち、このような燃料電池２１における従来のガスセパレータ２６には、これを用いて電解質部材２３を積層した積層体において、電解質部材２３の側面が外部に露出していることによって、携帯時の落下等により損傷を受け易く、燃料電池２１全体の機械的信頼性を確保し難いという問題点があった。 That is, in the conventional gas separator 26 in such a fuel cell 21, in the laminated body in which the electrolyte member 23 is laminated using the gas separator 26, the side surface of the electrolyte member 23 is exposed to the outside, so that it is dropped when being carried. As a result, there is a problem that the mechanical reliability of the entire fuel cell 21 is difficult to be secured.
また、携帯電子機器に燃料電池２１を搭載するためには、従来の大型燃料とは異なった、コンパクト性、簡便性、安全性に優れる燃料電池用容器が必要になる。即ち、汎用の化学電池のようなポータブル電源として適用するためには、作動温度までの温度上昇を短時間化するために、また熱容量を小さくするために、燃料電池用容器を小型化、低背化する必要がある。しかしながら、従来の燃料電池２１では熱容量の割合の大部分を占めるガスセパレータ２６は、例えばカーボン板の表面に切削加工で流路が形成されて成り、その場合薄肉化すると脆くなるため数ｍｍの厚みが必要となる。このため、小型化、低背化が困難であるという問題点もあった。 In addition, in order to mount the fuel cell 21 in a portable electronic device, a fuel cell container that is different from conventional large-sized fuels and is excellent in compactness, simplicity, and safety is required. That is, in order to be applied as a portable power source such as a general-purpose chemical battery, the fuel cell container is downsized and low-profiled in order to shorten the temperature rise to the operating temperature and to reduce the heat capacity. It is necessary to make it. However, in the conventional fuel cell 21, the gas separator 26 occupying most of the heat capacity is formed by forming a flow path by cutting, for example, on the surface of the carbon plate. Is required. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the size and height.
さらに、燃料電池２１の出力電圧は、電解質部材２３の表裏面の各電極２４，２５に供給されるガスの分圧によって決まるが、電解質部材２３に供給された燃料ガスが燃料流路２８を進んで発電反応で消費されると、燃料極２４の面上の燃料ガスの分圧が下がって出力電圧が下がることとなる。また同様に、空気も空気流路２９を進んで消費されると、空気極２５の面上の酸素の分圧が下がって出力電圧が下がることとなる。従って、一定の分圧を維持しながら燃料ガスを均等に供給する必要があるが、従来の燃料電池２１のガスセパレータ２６は、カーボン板等の表面に切削加工により流路を形成して成ることから、薄型化したときに流路の溝の深さが小さくなるため、流路抵抗が大きくなり、均一なガス供給が困難であるという問題点もあった。 Further, the output voltage of the fuel cell 21 is determined by the partial pressure of the gas supplied to the electrodes 24 and 25 on the front and back surfaces of the electrolyte member 23, but the fuel gas supplied to the electrolyte member 23 travels through the fuel flow path 28. When consumed in the power generation reaction, the partial pressure of the fuel gas on the surface of the fuel electrode 24 is lowered and the output voltage is lowered. Similarly, when air also travels through the air flow path 29 and is consumed, the partial pressure of oxygen on the surface of the air electrode 25 decreases and the output voltage decreases. Therefore, it is necessary to supply the fuel gas evenly while maintaining a constant partial pressure, but the gas separator 26 of the conventional fuel cell 21 is formed by forming a flow path on the surface of a carbon plate or the like by cutting. Therefore, since the depth of the groove of the flow path is reduced when the thickness is reduced, the resistance of the flow path is increased, and there is a problem that uniform gas supply is difficult.
また、電解質部材２３，燃料極２４，空気極２５およびガスセパレータ２６の１組の単位体が、直列接続または並列接続されて、全体の出力電圧および出力電流が効率よく出力されるように調整される必要がある。しかしながら、従来の燃料電池２１では、電解質部材２３を挟む燃料極２４および空気極２５から電気を取り出すためには、外部に配線導体を引き出し接続する方法か、もしくはガスセパレータ２６を導電性シートと重ね合わせて直列接続する方法しかなく、小型燃料電池においてはそれが困難であるという問題点もあった。 In addition, a set of unit bodies of the electrolyte member 23, the fuel electrode 24, the air electrode 25, and the gas separator 26 are connected in series or in parallel so that the entire output voltage and output current can be efficiently output. It is necessary to However, in the conventional fuel cell 21, in order to take out electricity from the fuel electrode 24 and the air electrode 25 sandwiching the electrolyte member 23, the wiring conductor is drawn out and connected to the outside, or the gas separator 26 is overlapped with the conductive sheet. In addition, there is only a method of connecting them in series, and there is a problem that this is difficult in a small fuel cell.
また、電解質部材２３において電気化学反応により生成した水（Ｈ２Ｏ）が空気流路２９を塞ぐことがあり、その場合空気極２５に空気流路２９を通して大気中から酸化剤ガスとして空気が供給され難くなり、電解質部材２３での電気化学反応が阻害されるため発電効率が劣化するという問題点もあった。 In addition, water (H 2 O) generated by an electrochemical reaction in the electrolyte member 23 may block the air flow path 29, and in that case, air is supplied as oxidant gas from the atmosphere to the air electrode 25 through the air flow path 29. There is also a problem that the power generation efficiency deteriorates because the electrochemical reaction in the electrolyte member 23 is inhibited.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、小型の電解質部材を収納可能な小型で堅牢な燃料電池用容器を提供することであり、また、ガスの均等供給、高効率な電気的接続を成すことができる信頼性の高い燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池ならびに電子機器を提供することである。 The present invention has been completed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a small and robust fuel cell container that can accommodate a small electrolyte member. It is to provide a highly reliable fuel cell container and a fuel cell and an electronic device using the same, which can achieve an even supply and highly efficient electrical connection.
本発明の燃料電池用容器は、下側および上側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する凹部を上面に有するセラミックスから成る基体と、前記電解質部
材の前記下側主面に対向する前記凹部の底面から前記基体の外面にかけて形成された複数の第１流体流路と、前記電解質部材の前記第１電極に対向する前記凹部の底面に一端が配設され、他端が前記基体の外面に導出された第１配線導体と、前記基体の前記凹部の周囲の上面に前記凹部を覆って取着される、前記凹部を気密に封止するセラミックスから成る蓋体と、前記電解質部材の前記上側主面に対向する前記蓋体の下面から前記蓋体の外面にかけて形成された複数の第２流体流路と、前記電解質部材の前記第２電極に対向する前記蓋体の下面に一端が配設され、他端が前記蓋体の外面に導出された第２配線導体とを具備しており、前記第１配線導体および前記第２配線導体の少なくとも一方は、前記凹部の底面の前記第１流体流路の開口を除く前記電解質部材の前記第１電極が接触する部位の全域または前記蓋体の下面の前記第２流体流路の開口を除く前記電解質部材の前記第２電極が接触する部位の全域に、前記第１電極または前記第２電極に当接するように形成されており、前記基体および前記蓋体は、それぞれ前記第１電極に当接した前記第１配線導体および前記第２電極に当接した前記第２配線導体に接する部位が、前記第１流体流路および前記第２流体流路の隣接するもの同士を連通する気孔を有する多孔質になっていることを特徴とする。
The fuel cell container of the present invention includes a base body made of ceramics having a concave portion for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on the lower and upper main surfaces, respectively, and the lower main surface of the electrolyte member. One end is disposed on the bottom surface of the plurality of first fluid flow paths formed from the bottom surface of the recess facing the outer surface of the substrate and the first electrode of the electrolyte member, and the other end is A first wiring conductor led out to an outer surface of the base, a lid made of ceramics hermetically sealing the recess, and attached to an upper surface around the recess of the base, covering the recess; A plurality of second fluid flow paths formed from the lower surface of the lid facing the upper main surface of the electrolyte member to the outer surface of the lid, and the lower surface of the lid facing the second electrode of the electrolyte member One end is disposed on the And a second wiring conductor led to the outer surface of the lid, and at least one of the first wiring conductor and the second wiring conductor is formed on the bottom surface of the recess. The entire region of the electrolyte member excluding the opening that is in contact with the first electrode or the entire region of the electrolyte member excluding the opening of the second fluid channel on the lower surface of the lid that is in contact with the second electrode . The base and the lid are in contact with the first wiring conductor and the second electrode, respectively , which are in contact with the first electrode, and are in contact with the first electrode or the second electrode. A portion in contact with the second wiring conductor is porous having pores that allow adjacent ones of the first fluid channel and the second fluid channel to communicate with each other.
本発明の燃料電池は、上記構成の燃料電池用容器の前記凹部に前記電解質部材を収容して、前記電解質部材の前記下側および上側主面を前記第１および第２流体流路との間でそれぞれの流体が流通可能なように配置するとともに、前記第１および第２電極を前記第１および第２配線導体にそれぞれ電気的に接続し、前記基体の前記凹部の周囲の上面に前記凹部を覆って前記蓋体を取着して成ることを特徴とする。 In the fuel cell of the present invention, the electrolyte member is accommodated in the recess of the fuel cell container having the above-described configuration, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are between the first and second fluid flow paths. The first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors, respectively, and the recesses are formed on the upper surface of the base around the recesses. It is characterized in that the lid is attached so as to cover.
本発明の電子機器は、電源として上記本発明の燃料電池を有していることを特徴とする。 An electronic device according to the present invention includes the fuel cell according to the present invention as a power source.
本発明の燃料電池用容器は、下側および上側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する凹部を上面に有するセラミックスから成る基体と、この基体の凹部の周囲の上面に凹部を覆って取着される、凹部を気密に封止するセラミックスから成る蓋体とを具備していることから、燃料電池用容器内を気密に封止することで、気体等の流体の漏れがなく、この容器の他にパッケージ等の容器を設ける必要がないので、効率良く動作させることができる燃料電池を得ることができるとともに、小型化にも有効なものとなる。また、凹部を上面に有するセラミックスから成る基体とこの凹部を封止するセラミックスから成る蓋体とで形成される箱体内に複数の電解質部材を収納して燃料電池とすることができるので、電解質部材が容器の外部に露出して損傷を受けたりすることがなく、燃料電池全体としての機械的信頼性が向上する。また、凹部および蓋体で構成される容器内部に一端が配設された第１および第２配線導体の他には電解質部材自体に無用な電気的接触をしないで済むので、信頼性および安全性の高い燃料電池を得ることができる。さらに、燃料電池用容器の構成材料としてセラミックスを用いたことにより、各種のガスを始めとする流体に対する耐食性に優れる燃料電池を得ることができる。
The fuel cell container of the present invention has a base made of ceramics having a concave portion for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on the lower and upper main surfaces, respectively, and an upper surface around the concave portion of the base. Since it has a lid made of ceramics that covers the recess and is hermetically sealed, the fuel cell container is hermetically sealed, thereby leaking fluid such as gas. Since there is no need to provide a container such as a package in addition to this container, it is possible to obtain a fuel cell that can be operated efficiently and to be effective for miniaturization. In addition, since a plurality of electrolyte members can be housed in a box formed by a base body made of ceramics having a concave portion on the upper surface and a lid body made of ceramics sealing the concave portions, a fuel cell can be obtained. Is exposed to the outside of the container and is not damaged, and the mechanical reliability of the entire fuel cell is improved. In addition to the first and second wiring conductors, one end of which is disposed inside the container constituted by the recess and the lid, unnecessary electrical contact with the electrolyte member itself can be avoided, so that reliability and safety are ensured. High fuel cell can be obtained. Furthermore, by using ceramics as the constituent material of the fuel cell container, it is possible to obtain a fuel cell having excellent corrosion resistance against fluids including various gases.
また、電解質部材の下側主面に対向する凹部の底面から基体の外面にかけて形成された第１流体流路と、電解質部材の上側主面に対向する蓋体の下面から蓋体の外面にかけて形成された第２流体流路とを具備していることから、複数の流体流路のそれぞれは、電解質部材を挟んで、対向する内壁面に設けられているため、電解質部材へ供給される流体の均一供給性を向上させることができる。このような流体経路によれば、流体が電解質部材に対して垂直に流れるため、例えば、流体が水素ガスと空気（酸素）ガスとの場合に、電解質部材が下側および上側主面にそれぞれ有する第１および第２電極に供給される各ガス分圧が下がるのを抑制し、所定の安定した出力電圧を得ることができる。さらに、供給される流体の圧力、例えばガス分圧が安定するため、燃料電池用容器の内部温度の分布が均一化され、その結果、電解質部材に生じる熱応力を抑制することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。 Also, a first fluid channel formed from the bottom surface of the recess facing the lower main surface of the electrolyte member to the outer surface of the substrate, and formed from the lower surface of the lid body facing the upper main surface of the electrolyte member to the outer surface of the lid body. Since each of the plurality of fluid flow paths is provided on the opposite inner wall surface with the electrolyte member interposed therebetween, the fluid supplied to the electrolyte member is provided. Uniform feedability can be improved. According to such a fluid path, since the fluid flows perpendicularly to the electrolyte member, for example, when the fluid is hydrogen gas and air (oxygen) gas, the electrolyte member has on the lower and upper main surfaces, respectively. The gas partial pressure supplied to the first and second electrodes can be suppressed from decreasing, and a predetermined stable output voltage can be obtained. Further, since the pressure of the fluid to be supplied, for example, the gas partial pressure is stabilized, the distribution of the internal temperature of the fuel cell container is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member can be suppressed. Reliability can be improved.
さらにまた、それぞれの流体流路は基体と蓋体とに形成されるため、各流路の密閉性に優れ、本来は流路ごとに隔絶されるべき２種類の原料流体（例えば酸素ガスと水素ガスもしくはメタノール等）が混合することによって燃料電池としての機能が発現されなくなることがなく、また、可燃性の流体が高温で混合された後に引火、爆発を起こす危険性もないので、安全な燃料電池を提供することができる。 Furthermore, since each fluid flow path is formed in a base and a lid, each of the flow paths is excellent in hermeticity, and originally two types of source fluids (for example, oxygen gas and hydrogen) that should be isolated for each flow path. Gas or methanol, etc.) does not stop functioning as a fuel cell, and there is no risk of ignition or explosion after a flammable fluid is mixed at a high temperature. A battery can be provided.
さらに、第１配線導体および第２配線導体の少なくとも一方は、凹部の底面の第１流体流路の開口を除く電解質部材の第１電極が接触する部位の全域または蓋体の下面の第２流体流路の開口を除く電解質部材の第２電極が接触する部位の全域に、第１電極または第２電極に当接するように形成されており、基体および蓋体は、それぞれ第１電極に当接した第１配線導体および第２電極に当接した第２配線導体に接する部位が、第１流体流路および第２流体流路の隣接するもの同士を連通する気孔を有する多孔質になっていることから、電解質部材において電気化学反応により生成した水（Ｈ２Ｏ）をこの多孔質の部位で吸
収し、第１流体流路または第２流体流路より除去することができるため、空気の流路となる第１または第２流体流路の閉塞を効果的に抑えることができる。そのため、第１および第２電極の電極の表面が水で覆われることを防止することができ、第１および第２流体流路を通して大気中から酸化剤ガスとして空気を効果的に供給することができるため、電解質部材での化学反応を促進することができ高効率な発電を行なうことが可能となる。
Furthermore, at least one of the first wiring conductor and the second wiring conductor is the second fluid on the entire area of the portion of the electrolyte member excluding the opening of the first fluid flow path on the bottom surface of the concave portion or the lower surface of the lid. The electrolyte member is formed so as to be in contact with the first electrode or the second electrode in the entire region of the electrolyte member except for the opening of the flow path, and the base and the lid are in contact with the first electrode, respectively . The portion in contact with the first wiring conductor and the second wiring conductor in contact with the second electrode is porous having pores that connect adjacent ones of the first fluid channel and the second fluid channel. Therefore, water (H 2 O) generated by the electrochemical reaction in the electrolyte member can be absorbed by this porous portion and removed from the first fluid channel or the second fluid channel, so that the air flow Of the first or second fluid flow path to be a path Fort can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to prevent the surfaces of the electrodes of the first and second electrodes from being covered with water, and to effectively supply air as an oxidant gas from the atmosphere through the first and second fluid flow paths. Therefore, the chemical reaction in the electrolyte member can be promoted, and highly efficient power generation can be performed.
さらに、気孔径や気孔率を調整することで、酸素ガス等の酸化剤ガスの種類や供給方式に応じて、第１電極または第２電極に供給される酸化剤ガスの供給速度を容易にかつ精度良く調整することが可能となり、発電効率を非常に高いものとすることができる。 Furthermore, by adjusting the pore diameter and the porosity, the supply rate of the oxidant gas supplied to the first electrode or the second electrode can be easily and according to the type and supply method of the oxidant gas such as oxygen gas. It becomes possible to adjust with high accuracy, and the power generation efficiency can be very high.
また、このような多孔質は３次元網目構造であり、機械的特性において等方的な特性を有することから、基体および蓋体は、それぞれ第１電極に当接した第１配線導体および第２電極に当接した第２配線導体に接する部位における機械的特性や生成水の吸収特性における信頼性を高くすることができる。
In addition, since such a porous body has a three-dimensional network structure and has isotropic characteristics in mechanical characteristics, the base body and the lid body have the first wiring conductor and the second wiring contacted with the first electrode, respectively . The reliability in the mechanical characteristic in the site | part which contact | connects the 2nd wiring conductor contact | abutted to the electrode and the absorption characteristic of produced water can be made high.
本発明の燃料電池は、本発明の燃料電池用容器の凹部に電解質部材を収容して、この電解質部材の下側および上側主面を第１および第２流体流路との間でそれぞれの流体が流通可能なように配置するとともに、第１および第２電極を第１および第２配線導体にそれぞれ電気的に接続し、基体の凹部の周囲の上面に凹部を覆って蓋体を取着して成ることから、上記の本発明の燃料電池用容器による特長を備えた、小型、堅牢で、ガスの均等供給、高効率な電気接続を成すことができる信頼性の高い燃料電池となる。 In the fuel cell of the present invention, the electrolyte member is accommodated in the recess of the fuel cell container of the present invention, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are respectively connected to the first and second fluid flow paths. The first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors, respectively, and the lid is attached to the upper surface around the concave portion of the base body. Therefore, the fuel cell is provided with the features of the fuel cell container of the present invention, and is a small and robust fuel cell that can supply gas uniformly and achieve high-efficiency electrical connection.
本発明の電子機器は、電源として本発明の燃料電池を有していることから、以上のような本発明の燃料電池用容器による特長を備えた、小型低背で長期にわたり安定して作動させることのできる安全性や利便性に優れた電子機器となる。 Since the electronic device according to the present invention has the fuel cell according to the present invention as a power source, the electronic device according to the present invention can be stably operated over a long period of time with a small size and a low profile provided with the features of the fuel cell container according to the present invention. Therefore, the electronic device is excellent in safety and convenience.
また、電源として有している燃料電池に、基体および蓋体の少なくとも一方に、外部接続用端子（正極端子および負極端子）を具備させると、電子機器の回路基板に容易に電気的接続が可能となり、着脱が自在となる。そのため、特殊な安全設備を備えた施設等によることなく、容易に燃料電池を新しいものと取り替えることができ、電子機器の利便性を高いものとすることができる。 In addition, if the fuel cell as a power source is provided with external connection terminals (positive terminal and negative terminal) on at least one of the base and lid, it can be easily electrically connected to the circuit board of the electronic device. And can be freely attached and detached. Therefore, the fuel cell can be easily replaced with a new one without using a facility equipped with special safety equipment, and the convenience of the electronic device can be enhanced.
さらに、燃料電池用容器の基体の内部にメタライズ法等により金属層を種々の形状，電気特性で形成することができるので、基体の内部に抵抗やキャパシタンスやインダクタンス等として機能する電子回路素子を形成することができる。従って、例えば、燃料電池に平行して、大容量のキャパシタを形成することで、燃料電池から出力される電流が不足する状態となった場合、不足する電流分が補填されて目標出力電流に応じた電流供給を確保することが可能である。また、昇圧回路を形成することができるため、電子機器に必要な電圧を確保することが可能である。 In addition, the metal layer can be formed in various shapes and electrical characteristics inside the base of the fuel cell container by metallization, etc., so that an electronic circuit element that functions as resistance, capacitance, inductance, etc. is formed inside the base. can do. Therefore, for example, when a large capacity capacitor is formed in parallel with the fuel cell, when the current output from the fuel cell becomes insufficient, the insufficient current is compensated to meet the target output current. It is possible to ensure a sufficient current supply. In addition, since a booster circuit can be formed, a voltage necessary for the electronic device can be secured.
本発明の燃料電池用容器および燃料電池を添付図面に基づき以下に詳細に説明する。 A fuel cell container and a fuel cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は本発明の燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池について実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は燃料電池、２は燃料電池用容器、３は電解質部材、４は第１電極、５は第２電極、６は基体、７は蓋体、８は第１流体流路、９は第２流体流路、１０は第１配線導体、１１は第２配線導体である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell container and a fuel cell using the same according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a fuel cell, 2 is a fuel cell container, 3 is an electrolyte member, 4 is a first electrode, 5 is a second electrode, 6 is a base, 7 is a lid, 8 is a first fluid flow path, 9 is a second fluid flow path, 10 is a first wiring conductor, and 11 is a second wiring conductor.
また、図２は図１の本発明の燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池における第１流体流路または第２流体流路の開口の周辺を示す断面図である。図２において符号は図１と同様であり、１２は気孔である。 2 is a cross-sectional view showing the periphery of the opening of the first fluid channel or the second fluid channel in the fuel cell container of the present invention of FIG. 1 and the fuel cell using the same. In FIG. 2, the reference numerals are the same as those in FIG. 1, and 12 is a pore.
本発明における電解質部材３は、例えばイオン導電膜（交換膜）の両主面上に、下側主面に形成された第１電極４および上側主面に形成された第２電極５にそれぞれ対向するように、アノード側電極となる燃料極（図示せず）と、カソード側電極となる空気極（図示せず）とが一体的に形成されている。そして、電解質部材３で発電された電流を第１電極４、第２電極５へ流し、外部へ取り出すことができるものとなっている。 The electrolyte member 3 in the present invention faces, for example, the first electrode 4 formed on the lower main surface and the second electrode 5 formed on the upper main surface on both main surfaces of the ion conductive film (exchange membrane). Thus, a fuel electrode (not shown) serving as an anode electrode and an air electrode (not shown) serving as a cathode electrode are integrally formed. And the electric current generated with the electrolyte member 3 can be sent to the 1st electrode 4 and the 2nd electrode 5, and it can take out outside.
このような電解質部材３のイオン導電膜（交換膜）は、パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、例えば商品名「ナフィオン」（デュポン社製）等のプロトン伝導性のイオン交換樹脂により構成されている。また、燃料極および空気極は、多孔質状態のガス拡散電極であり、多孔質触媒層とガス拡散層の両方の機能を兼ね備えるものである。これらの燃料極および空気極は、白金、パラジウムあるいはこれらの合金等の触媒を担持した導電性微粒子、例えばカーボン微粒子をポリテトラフルオロエチレンのような疎水性樹脂結合剤により保持した多孔質体によって構成されている。 Such an ion conductive film (exchange membrane) of the electrolyte member 3 is made of a perfluorocarbon sulfonic acid resin, for example, a proton conductive ion exchange resin such as a trade name “Nafion” (manufactured by DuPont). Further, the fuel electrode and the air electrode are gas diffusion electrodes in a porous state, and have both functions of a porous catalyst layer and a gas diffusion layer. These fuel electrode and air electrode are constituted by a porous material in which conductive fine particles carrying a catalyst such as platinum, palladium or alloys thereof, for example, carbon fine particles are held by a hydrophobic resin binder such as polytetrafluoroethylene. Has been.
電解質部材３の下側主面の第１電極４および上側主面の第２電極５は、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子の付いた炭素電極を電解質部材３上にホットプレスする方法、または白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子の付いた炭素電極材料と電解質材料を分散した溶液との混合物を電解質上に塗布または転写する方法等により形成される。 The first electrode 4 on the lower main surface and the second electrode 5 on the upper main surface of the electrolyte member 3 are a method of hot pressing a carbon electrode with catalyst fine particles such as platinum or platinum-ruthenium on the electrolyte member 3, or It is formed by a method of applying or transferring a mixture of a carbon electrode material with catalyst fine particles such as platinum or platinum-ruthenium and a solution in which an electrolyte material is dispersed onto the electrolyte.
燃料電池用容器２は、凹部を有する基体６と蓋体７とから成り、電解質部材３を凹部の内部に搭載して気密に封止する役割を持ち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料で形成されている。 The fuel cell container 2 is composed of a base 6 having a recess and a lid 7, and has a function of mounting the electrolyte member 3 inside the recess and hermetically sealing the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) body (alumina ceramics), mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) sintered material, silicon carbide (SiC) sintered material, aluminum nitride (AlN) sintered material, silicon nitride (Si 3 N 4) It is made of a ceramic material such as a quality sintered body and a glass ceramic sintered body.
なお、ガラスセラミックス焼結体はガラス成分とフィラー成分とから成るが、ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。 The glass ceramic sintered body includes a glass component and a filler component. Examples of the glass component include SiO 2 —B 2 O 3 , SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 , and SiO 2 —. B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO system (M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (M 1 and M 2 are the same or different and represent Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (provided that M 1 and M 2 is the same as above), SiO 2 —B 2 O 3 —M 3 2 O system (where M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 — M 3 2 O-based (where M 3 is the same as above), Pb-based glass And Bi-based glass.
また、フィラー成分としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。 Examples of the filler component include a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3. And composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
燃料電池用容器２は、凹部を有する基体６と蓋体７とから成り、基体６の凹部の周囲に凹部を覆って蓋体７を取着することによって凹部を気密に封止するため、半田や銀ろう等の金属接合材料での接合、エポキシ樹脂等の樹脂材料での接合、凹部の周囲の上面に鉄合金等で作られたシールリング等を接合してシームウェルド、エレクトロンビーム、レーザ等で溶接する方法等によって、蓋体７が基体６に取着される。なお、蓋体７にも基体６と同様の凹部を形成しておいてもよい。 The fuel cell container 2 is composed of a base 6 having a recess and a lid 7, and covers the recess around the recess of the base 6 to attach the lid 7 so that the recess is hermetically sealed. Bonding with metal bonding materials such as silver solder, bonding with resin materials such as epoxy resin, seam weld, electron beam, laser, etc. by bonding a seal ring made of iron alloy etc. to the upper surface around the recess The lid body 7 is attached to the base body 6 by a welding method or the like. The lid 7 may be formed with a recess similar to the base 6.
基体６および蓋体７は、それぞれ厚みを薄くし、燃料電池１の低背化を可能とするためには、機械的強度である曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることが好ましい。 In order to reduce the thickness of the base body 6 and the lid body 7 and to reduce the height of the fuel cell 1, the bending strength, which is mechanical strength, is preferably 200 MPa or more.
基体６および蓋体７は、例えば相対密度が９５％以上の緻密質からなる酸化アルミニウム質焼結体で形成されていることが好ましい。その場合、例えば、まず酸化アルミニウム粉末に希土類酸化物粉末や焼結助剤を添加、混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調整する。次に、この酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末に有機バインダおよび分散剤を添加、混合してペースト化し、このペーストからドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。そして、このグリーンシートに対して、金型による打ち抜き法、マイクロドリルによる穴あけ法、レーザ光照射よる穴あけ法等により、第１流体流路８および第２流体流路９としての貫通穴、ならびに第１配線導体１０および第２配線導体１１を配設するための貫通孔を形成する。なお、第１流体流路８および第２流体流路９は、金型による打ち抜きやプレス成形等により表面や内部に形成された溝であってもよい。 The base body 6 and the lid body 7 are preferably formed of an aluminum oxide sintered body made of a dense material having a relative density of 95% or more, for example. In this case, for example, first, a rare earth oxide powder or a sintering aid is added to and mixed with the aluminum oxide powder to adjust the raw material powder of the aluminum oxide sintered body. Next, an organic binder and a dispersing agent are added to the raw material powder of this aluminum oxide sintered body, mixed to form a paste, and from this paste, an organic binder is added to the raw material powder by a doctor blade method, press forming, rolling forming Thus, a green sheet having a predetermined thickness is produced. Then, through this green sheet, through holes as the first fluid flow path 8 and the second fluid flow path 9 are formed by a punching method using a mold, a drilling method using a micro drill, a drilling method using laser light irradiation, and the like. A through hole for arranging the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 is formed. In addition, the 1st fluid flow path 8 and the 2nd fluid flow path 9 may be the groove | channel formed in the surface or the inside by stamping with a metal mold | die, press molding, etc.
基体６および蓋体７を構成するセラミックス材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合、第１配線導体１０および第２配線導体１１は、酸化を防ぐために、タングステンおよび／またはモリブデンで形成されているのが好ましい。その場合、例えば、無機成分としてタングステンおよび／またはモリブデン粉末の１００質量部に対して、Ａｌ２Ｏ３を３〜２０質量部、Ｎｂ２Ｏ５を０．５〜５質量部の割合で添加してなる導体ペーストを調製する。この導体ペーストをグリーンシートの貫通孔内に充填して、貫通導体としてのビア導体を形成する。 When an aluminum oxide sintered body is used as the ceramic material constituting the base 6 and the lid 7, the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are formed of tungsten and / or molybdenum in order to prevent oxidation. Is preferred. In that case, for example, 3 to 20 parts by mass of Al 2 O 3 and 0.5 to 5 parts by mass of Nb 2 O 5 are added to 100 parts by mass of tungsten and / or molybdenum powder as inorganic components. A conductor paste is prepared. The conductor paste is filled into the through hole of the green sheet to form a via conductor as a through conductor.
これらの導体ペースト中には、基体６や蓋体７のセラミックスとの密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、基体６や蓋体７を形成するセラミックス成分と同一の組成物粉末を、例えば０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。 In these conductor pastes, in order to improve the adhesion of the substrate 6 and the lid 7 to the ceramic, aluminum oxide powder or the same composition powder as the ceramic component forming the substrate 6 and the lid 7 is used. It is also possible to add 0.05 to 2% by volume.
なお、基体６や蓋体７の表層および内層への第１配線導体１０および第２配線導体１１の形成は、貫通孔へ導体ペーストを充填してビア導体を形成する前後あるいはそれと同時に、同様の導体ペーストをグリーンシートに対しスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法で所定パターンに印刷塗布して形成する。 The formation of the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 on the surface layer and the inner layer of the base body 6 and the lid body 7 is the same as before or after forming the via conductor by filling the through hole with the conductive paste. The conductive paste is formed by printing and applying to a predetermined pattern on the green sheet by a method such as screen printing or gravure printing.
その後、導体ペーストを印刷し充填した所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、例えば非酸化性雰囲気中で焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度で焼成して、目的とするセラミックスの基体６や蓋体７および第１配線導体１０、第２配線導体１１を得る。 Then, after aligning and laminating and pressure-bonding a predetermined number of sheet-like molded bodies filled with printed conductor paste, the laminate is fired at a maximum firing temperature of 1200 to 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, for example. Thus, the target ceramic base 6, lid 7, first wiring conductor 10, and second wiring conductor 11 are obtained.
また、第１配線導体１０、第２配線導体１１は、電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を効率よく外部に取り出すという観点からは、第１配線導体１０、第２配線導体１１は、比電気抵抗が０.１ミリΩｃｍ以下であることが好ましい。このような材料としては、銀，銀系の金属（銀を主成分とする合金），銅，銅系の金属（銅を主成分とする合金）等が挙げられる。例えば、基体６や蓋体７をガラスセラミックス焼結体で形成し、第１および第２配線導体１０，１１を銅や銅系の金属とすることにより、基体６や蓋体７を第１および第２配線導体１０，１１と同時焼成して低抵抗の配線導体を容易に形成することができる。 In addition, the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are configured so that the electricity generated electrochemically by the electrolyte member 3 can be efficiently extracted to the outside. The specific electrical resistance is preferably 0.1 milliΩcm or less. Examples of such materials include silver, silver-based metals (alloys mainly composed of silver), copper, copper-based metals (alloys mainly composed of copper), and the like. For example, the base body 6 and the lid body 7 are formed of a glass ceramic sintered body, and the first and second wiring conductors 10 and 11 are made of copper or a copper-based metal. A low resistance wiring conductor can be easily formed by simultaneous firing with the second wiring conductors 10 and 11.
また、燃料電池用容器２に形成された第１配線導体１０、第２配線導体１１を含むすべての導体の体積は、燃料電池用容器２の体積の０．５％以上であるのがよい。これにより、燃料電池用容器２に形成された導体の抵抗が小さくなり、電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を効率よく外部に取り出すことができる。 Further, the volume of all conductors including the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 formed in the fuel cell container 2 may be 0.5% or more of the volume of the fuel cell container 2. Thereby, the resistance of the conductor formed in the fuel cell container 2 is reduced, and the electricity electrochemically generated by the electrolyte member 3 can be efficiently taken out to the outside.
また、基体６および蓋体７の少なくとも一方に、半田やロウ付け等により外部接続用端子（図示せず）が接合されていてもよい。外部接続用端子は、電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等と良好な電気接続が行なえる形状であることが好ましい。このような形状としては、例えば、電子機器の主となる電子回路に端子同士を接触させたり挿入することにより、簡単に電気的、機械的に接続することができるような棒状、鉤状、円錐状等のものが用いられる。なお、電子機器の主となる電子回路のうち、このような外部接続用端子が接続される部位には、外部接続用端子に対応した嵌合部（穴など）を設けておくことが好ましい。さらに、外部接続用端子を基体６や蓋体７の側面に配置することで、電子機器の低背化を行なうことができる。 Further, an external connection terminal (not shown) may be joined to at least one of the base body 6 and the lid body 7 by soldering or brazing. It is preferable that the external connection terminal has a shape that allows good electrical connection with a mother board or the like for forming an electronic circuit that is a main component of the electronic device. As such a shape, for example, a rod-like shape, a bowl-like shape, a conical shape that can be easily electrically and mechanically connected by bringing terminals into contact with each other or inserting them into the main electronic circuit of an electronic device. The thing etc. are used. In addition, it is preferable to provide a fitting portion (a hole or the like) corresponding to the external connection terminal in a portion to which the external connection terminal is connected in the electronic circuit that is the main component of the electronic device. Furthermore, by arranging the external connection terminals on the side surfaces of the base body 6 and the lid body 7, the height of the electronic device can be reduced.
また、セラミックスから成る基体６や蓋体７は、その厚みを０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。厚みが０．２ｍｍ未満では、強度が低下し易いため、基体６に蓋体７を取着したときに発生する応力により、基体６および蓋体７に割れ等が発生する傾向がある。他方、厚みが５ｍｍを超えると、薄型化、低背化が困難となるため、小型携帯機器に搭載する燃料電池１としては不適切となり、また、熱容量が大きくなるため、電解質部材３の電気化学反応条件に相当する適切な温度にすばやく設定することが困難となる傾向がある。 Moreover, it is preferable that the base | substrate 6 and the cover body 7 which consist of ceramics shall be 0.2 mm or more in thickness. If the thickness is less than 0.2 mm, the strength tends to decrease. Therefore, the base 6 and the lid 7 tend to crack due to the stress generated when the lid 7 is attached to the base 6. On the other hand, if the thickness exceeds 5 mm, it is difficult to reduce the thickness and height, so that it becomes inappropriate as the fuel cell 1 mounted on a small portable device, and the heat capacity becomes large. It tends to be difficult to quickly set an appropriate temperature corresponding to the reaction conditions.
第１配線導体１０および第２配線導体１１は、それぞれ電解質部材３の第１電極４および第２電極５に電気的に接続されて、電解質部材３で発電された電流を燃料電池用容器２の外部へ取り出すための導電路として機能する。 The first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are electrically connected to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3, respectively, and the current generated by the electrolyte member 3 is supplied to the fuel cell container 2. It functions as a conductive path for taking it out.
第１配線導体１０は、基体６の凹部の底面の電解質部材３の第１電極４に対向する第１流体流路８の開口部を除く電解質部材３の第１電極４が接触する部位の全域に一端が当接するように形成されている。これにより、電解質部材３の第１電極４と第１配線導体１０との接触面積を大きくすることができることから、電気抵抗の増大化および接触不良を有効に抑えることができ、高い発電効率を有した燃料電池１を提供することができる。
The first wiring conductor 10 is the entire portion of the portion of the electrolyte member 3 that contacts the first electrode 4 except for the opening of the first fluid channel 8 that faces the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on the bottom surface of the recess of the base 6. One end is in contact with the region. As a result, the contact area between the first electrode 4 of the electrolyte member 3 and the first wiring conductor 10 can be increased, so that an increase in electrical resistance and poor contact can be effectively suppressed, and high power generation efficiency is achieved. The fuel cell 1 can be provided.
また、第１配線導体１０は、第１電極４に接触させ易いように基体６の凹部の底面より１０μｍ以上高くするように形成するのが好ましい。この高さを得るためには、上述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、印刷条件を厚くするように設定すればよい。また、第１配線導体１０は、第１電極４に対向させて複数配置し、第１配線導体１０による電気損失を減少させることが好ましく、第１配線導体１０の基体６の貫通部についてはφ（直径）５０μｍ以上の径とすることが好ましい。 The first wiring conductor 10 is preferably formed so as to be higher than the bottom surface of the concave portion of the base 6 by 10 μm or more so that the first wiring conductor 10 can be easily brought into contact with the first electrode 4. In order to obtain this height, it is only necessary to set the printing conditions to be thicker when the conductor paste is formed by printing and coating as described above. In addition, it is preferable that a plurality of first wiring conductors 10 are arranged opposite to the first electrode 4 to reduce electrical loss due to the first wiring conductors 10. (Diameter) The diameter is preferably 50 μm or more.
また、第２配線導体１１は、蓋体７の下面の電解質部材３の第２電極５に対向する第２流体流路９の開口を除く電解質部材３の第２電極５が接触する部位の全域に一端が配設され、他端が蓋体７の外面に導出されて形成されている。これにより、電解質部材３の第２電極５と第２配線導体１１との接触面積を大きくすることができることから、電気抵抗の増大化および接触不良を有効に抑えることができ、高い発電効率を有した燃料電池１を提供することができる。
In addition, the second wiring conductor 11 is formed on the entire portion of the electrolyte member 3 where the second electrode 5 is in contact with the second electrode 5 except for the opening of the second fluid flow path 9 facing the second electrode 5 of the electrolyte member 3 on the lower surface of the lid 7. one end of which is arranged in frequency and the other end that is formed is led to the outer surface of the cover 7. As a result, the contact area between the second electrode 5 of the electrolyte member 3 and the second wiring conductor 11 can be increased, so that an increase in electrical resistance and poor contact can be effectively suppressed, and high power generation efficiency is achieved. The fuel cell 1 can be provided.
このような第２配線導体１１も、第１配線導体１０と同様に、蓋体７と一体的に形成され、第２配線導体１１を第２電極５に接触させ易いように、蓋体７の下面より１０μｍ以上高くするように形成するのが好ましい。この高さを得るためには、上述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に印刷条件を厚くするように設定すればよい。また、第２配線導体１１は第２電極５に対向させて複数配置し、第２配線導体１１による電気損失を減少させることが好ましく、第２配線導体１１の蓋体７の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。 Similar to the first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11 is also formed integrally with the lid body 7, so that the second wiring conductor 11 can be easily brought into contact with the second electrode 5. It is preferably formed so as to be 10 μm or more higher than the lower surface. In order to obtain this height, it is only necessary to set the printing conditions to be thick when the conductor paste is formed by printing and coating as described above. Further, it is preferable that a plurality of second wiring conductors 11 are arranged opposite to the second electrode 5 to reduce the electric loss due to the second wiring conductors 11, and the through portion of the lid 7 of the second wiring conductor 11 is φ50 μm. It is preferable to set it as the above diameter.
これら第１配線導体１０、第２配線導体１１および外部接続用端子には、その露出する表面に良導電性で耐蝕性およびロウ材との濡れ性が良好なニッケル、銅、金、白金、パラジウム等の金属をメッキ法により被着させておくとよく、これらの導体と電子機器の主となる電子回路を形成するためのマザーボード等との電気的接続を良好とすることができる。 The first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11 and the external connection terminal have nickel, copper, gold, platinum, palladium, which have good conductivity, corrosion resistance, and good wettability with the brazing material on the exposed surface. It is preferable to deposit such a metal by plating, and the electrical connection between these conductors and a mother board or the like for forming an electronic circuit that is a main component of the electronic device can be improved.
そして、これら第１および第２配線導体１０，１１と第１および第２電極４，５との電気的な接続は、基体６と蓋体７とで電解質部材３を挟み込むことによって、第１および第２配線導体１０，１１と第１および第２電極４，５とを圧着接触させて電気的接続させる等の構成によって行なえばよい。 The first and second wiring conductors 10 and 11 and the first and second electrodes 4 and 5 are electrically connected to each other by sandwiching the electrolyte member 3 between the base 6 and the lid body 7. What is necessary is just to carry out by the structure of making the 2nd wiring conductors 10 and 11 and the 1st and 2nd electrodes 4 and 5 press-contact and electrically connecting.
また、第１電極４および第２電極５に対向する基体６の凹部の底面および蓋体７の下面には、それぞれ第１流体流路８および第２流体流路９が配置されており、第１流体流路８は基体６の外面にかけて、また第２流体流路９は蓋体７の外面にかけて形成されている。これら第１および第２流体流路８，９は、それぞれ基体６や蓋体７に形成した貫通穴あるいは溝によって、燃料ガス（例えば水素に富む改質ガス）あるいは酸化ガス（例えば空気等）の電解質部材３へ供給される流体の通路として、あるいは反応で生成される水等の反応後に電解質部材３から排出される流体の通路として設けられている。 In addition, a first fluid channel 8 and a second fluid channel 9 are disposed on the bottom surface of the recess of the base 6 facing the first electrode 4 and the second electrode 5 and the bottom surface of the lid body 7, respectively. The first fluid channel 8 is formed over the outer surface of the base 6, and the second fluid channel 9 is formed over the outer surface of the lid 7. These first and second fluid flow paths 8 and 9 are made of fuel gas (for example, reformed gas rich in hydrogen) or oxidizing gas (for example, air) by through holes or grooves formed in the base body 6 and the lid body 7 respectively. It is provided as a passage for the fluid supplied to the electrolyte member 3 or as a passage for the fluid discharged from the electrolyte member 3 after the reaction of water or the like generated by the reaction.
第１流体流路８および第２流体流路９として基体６および蓋体７に形成される貫通穴あるいは溝は、電解質部材３に均等に燃料ガスや酸化ガス等の流体が供給されるように、燃料電池１の仕様に応じて、貫通穴の径や数、あるいは溝の幅、深さ、配置を決めればよい。 The through holes or grooves formed in the base body 6 and the lid body 7 as the first fluid flow path 8 and the second fluid flow path 9 are configured so that fluid such as fuel gas or oxidizing gas is evenly supplied to the electrolyte member 3. Depending on the specifications of the fuel cell 1, the diameter and number of through holes, or the width, depth and arrangement of the grooves may be determined.
本発明の燃料電池用容器２および燃料電池１においては、第１流体流路８および第２流体流路９は好適には、電解質部材３に均一な圧力で流体を流すために、φ０．１ｍｍ以上の穴径とし、間隔を一定にして配置するのがよい。 In the fuel cell container 2 and the fuel cell 1 of the present invention, the first fluid channel 8 and the second fluid channel 9 are preferably φ0.1 mm in order to allow fluid to flow through the electrolyte member 3 with uniform pressure. It is preferable that the hole diameter is as described above and the interval is constant.
このように、電解質部材３の第１電極４が形成された下側主面に対向させて第１流体流路８を形成するとともに、第２電極５が形成された上側主面に対向させて第２流体流路９を形成したことによって、電解質部材３の下側および上側主面と第１および第２流体流路８，９との間で流体が流通可能となり、その流体がそれぞれの流路を通して供給あるいは排出されることとなる。そして、例えば流体としてガスを供給する場合、電解質部材３の第１電極４および第２電極５にそれぞれ供給されるガス分圧が下がることをなくすことができ、所定の安定した出力電圧を得ることができる。さらに、供給されるガス分圧が安定するため、燃料電池１の内部圧力が均一化され、その結果、電解質部材３に生じる熱応力を抑制することができるので、燃料電池１の信頼性を向上させることができる。 As described above, the first fluid flow path 8 is formed to face the lower main surface on which the first electrode 4 of the electrolyte member 3 is formed, and is also made to face the upper main surface on which the second electrode 5 is formed. By forming the second fluid channel 9, fluid can flow between the lower and upper main surfaces of the electrolyte member 3 and the first and second fluid channels 8, 9. It will be supplied or discharged through the road. For example, when supplying gas as a fluid, the partial pressure of gas supplied to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3 can be prevented from decreasing, and a predetermined stable output voltage can be obtained. Can do. Further, since the supplied gas partial pressure is stabilized, the internal pressure of the fuel cell 1 is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member 3 can be suppressed, so that the reliability of the fuel cell 1 is improved. Can be made.
そして、本発明においては、第１配線導体１０および第２配線導体１１の少なくとも一方は、凹部の底面の第１流体流路８の開口を除く電解質部材３の第１電極４が接触する部
位の全域または蓋体７の下面の第２流体流路９の開口を除く電解質部材３の第２電極５が接触する部位の全域に、第１電極４または第２電極５に当接するように形成されており、基体６および蓋体７は、それぞれ第１電極４に当接した第１配線導体１０および第２電極５に当接した第２配線導体１１に接する部位が、第１流体流路８および第２流体流路９の隣接するもの同士を連通する気孔を有する多孔質になっている。これにより、電解質部材３において電気化学反応により生成した水をこの多孔質の部位で吸収し、第１流体流路８または第２流体流路９より水を除去することができるため、空気の流路となる第１および第２流体流路８，９の水による閉塞を効果的に抑えることができる。そのため、第１および第２電極４，５の表面が水で覆われることを防止することができ、第１および第２流体流路８，９を通して大気中から酸化剤ガスとして空気を効果的に供給することができるため、電解質部材３での化学反応を促進することができ、高効率な発電を行なうことが可能となる。
In the present invention, at least one of the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 is a portion in contact with the first electrode 4 of the electrolyte member 3 excluding the opening of the first fluid flow path 8 on the bottom surface of the recess.
So as to contact the first electrode 4 or the second electrode 5 in the entire region of the electrolyte member 3 excluding the opening of the second fluid flow path 9 on the lower surface of the lid body 7 or the entire region where the second electrode 5 contacts. is formed, the base body 6 and the lid 7, a portion in contact with the second wiring conductor 11 in contact with the first wiring conductor 10 and the second electrode 5 in contact with the first electrode 4 respectively, the first fluid stream It has a porous structure having pores that allow adjacent ones of the channel 8 and the second fluid channel 9 to communicate with each other. As a result, the water generated by the electrochemical reaction in the electrolyte member 3 can be absorbed by the porous portion, and the water can be removed from the first fluid channel 8 or the second fluid channel 9. It is possible to effectively suppress blockage of the first and second fluid flow paths 8 and 9 serving as paths with water. Therefore, the surfaces of the first and second electrodes 4 and 5 can be prevented from being covered with water, and air can be effectively used as oxidant gas from the atmosphere through the first and second fluid flow paths 8 and 9. Since it can supply, the chemical reaction in the electrolyte member 3 can be accelerated | stimulated, and it becomes possible to perform highly efficient electric power generation.
ここで、第１配線導体１０、第２配線導体１１は、基体６または蓋体７の第１電極４，第２電極５に対向する側の面に面状に形成されており、その面状に形成された第１配線導体１０、第２配線導体１１に、基体６または蓋体７の多孔質の部位が接している構成である。そのため、電解質部材３において電気化学反応により生成し、第１および第２電極４，５の表面へ広がった水が、直近に存在する多孔質の部位へ毛細管現象により吸収され易い。この場合、運転条件や使用環境に応じて気孔径や気孔率を調整すること、例えば気孔径や気孔率を上げることにより水の吸収性能の向上を優先させたり、逆に気孔径や気孔率を下げることにより携帯機器の落下時の耐衝撃性の向上を優先させてもよい。さらに、基体６または蓋体７に応じて気孔径や気孔率を調整してもよい。 Here, the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are formed in a planar shape on the surface of the base body 6 or the lid body 7 facing the first electrode 4 and the second electrode 5. The porous portion of the base body 6 or the lid body 7 is in contact with the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 formed in the above. Therefore, the water generated by the electrochemical reaction in the electrolyte member 3 and spreading to the surfaces of the first and second electrodes 4 and 5 is easily absorbed by the capillarity into the porous portion present in the immediate vicinity. In this case, adjust the pore diameter and porosity according to the operating conditions and the usage environment, for example, give priority to improving water absorption performance by increasing the pore diameter and porosity, or conversely the pore diameter and porosity. You may give priority to the improvement of the impact resistance at the time of fall of a portable apparatus by lowering. Furthermore, the pore diameter and the porosity may be adjusted according to the base body 6 or the lid body 7.
また、このような多孔質の部位は３次元網目構造であり、機械的特性において等方的な特性を有することから、基体６および蓋体７は、それぞれ第１電極４に当接した第１配線導体１０および第２電極５に当接した第２配線導体１１に接する部位における機械的特性や生成水の吸収特性における信頼性を高くすることができる。
Further, since such a porous portion has a three-dimensional network structure and has isotropic characteristics in mechanical characteristics, the base body 6 and the lid body 7 are in contact with the first electrode 4 respectively . It is possible to increase the reliability of the mechanical characteristics and the absorption characteristics of the generated water in the portion in contact with the wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 in contact with the second electrode 5.
このような、それぞれに第１流体流路８と第１配線導体１０とを連通する気孔１２、および第２流体流路９と第２配線導体１１とを連通する気孔１２を有する基体６および蓋体７は、以下のようにして作製される。例えば、基体６および蓋体７が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、上述の基体６および蓋体７の作製法と同様に、まず酸化アルミニウム粉末に希土類酸化物粉末や焼結助剤を添加、混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調製する。次に、この酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末に有機バインダおよび分散剤を添加、混合してペースト化する。
Such substrates 6 and a lid having a pore 12 pore 12 and the first fluid channel 8 and a first wiring conductor 10 communicates, and a second fluid passage 9 and the second wiring conductor 11 communicating with the respective The body 7 is produced as follows. For example, when the base body 6 and the lid body 7 are made of an aluminum oxide sintered body, a rare earth oxide powder and a sintering aid are first added to the aluminum oxide powder in the same manner as the above-described method for manufacturing the base body 6 and the lid body 7. The raw material powder of the aluminum oxide sintered body is prepared by mixing. Next, an organic binder and a dispersing agent are added to the raw material powder of the aluminum oxide sintered body and mixed to form a paste.
次に、このペーストに気孔形成用材料として、例えば、アクリル樹脂、ワックス、ゴム等の加熱によって焼失または溶出するもの、または熱または酸等によって溶出または分解するＳｎ，Ｐｂ等の金属を添加し混合する。 Next, as a material for forming pores, for example, a material such as acrylic resin, wax, or rubber that burns out or dissolves by heating, or a metal such as Sn or Pb that dissolves or decomposes by heat or acid is added and mixed. To do.
なお、気孔形成用材料は、粒径や体積、およびこれらの分布が均等であり、所望の気孔径や気孔率に調整が容易であるという観点からは、球状であることが好ましい。 The pore-forming material is preferably spherical from the viewpoint that the particle diameter, volume, and distribution thereof are uniform, and adjustment to a desired pore diameter and porosity is easy.
このようにして得た気孔形成用材料を混合したペーストを、ドクターブレード法等によって、所定厚みの気孔形成用材料含有グリーンシートを作製する。そして、この気孔形成用材料含有グリーンシートを、金型やレーザ等を用いて所定形状に加工する。 A pore-forming material-containing green sheet having a predetermined thickness is prepared from the paste obtained by mixing the pore-forming materials thus obtained by a doctor blade method or the like. Then, the pore-forming material-containing green sheet is processed into a predetermined shape using a mold, a laser, or the like.
以上のようにして得た気孔形成用グリーンシートを、基体６や蓋体７の所定位置に、上述の燃料電池用容器２の作製方法と同様な方法で積層圧着し、所定位置に気孔形成用導体ペーストを印刷塗布した後に焼成することによって、第１流体流路８と第１配線導体１０とを連通する気孔１２を有する多孔質の部位、および第２流体流路９と第２配線導体１１とを連通する気孔１２を有する多孔質の部位を有する基体６または蓋体７を得ることができる。
The pore-forming green sheet obtained as described above is laminated and pressure-bonded to predetermined positions of the base 6 and the lid body 7 in the same manner as the method for manufacturing the fuel cell container 2 described above, and the pore-forming green sheets are formed at predetermined positions. A porous portion having pores 12 communicating between the first fluid flow path 8 and the first wiring conductor 10, and the second fluid flow path 9 and the second wiring conductor 11 are obtained by firing after applying the conductive paste. It is possible to obtain the base body 6 or the lid body 7 having a porous portion having pores 12 communicating with each other.
また、さらに生成水の吸収特性を向上させるために、基体６または蓋体７は、第１電極４に当接した第１配線導体１０または第２電極５に当接した第２配線導体１１に接する部位の気孔１２中に吸湿剤を設けてもよい。吸湿剤としては、シリカゲル，アルミナ，白土，活性炭，紙，木紛等の水を吸収し易い材料を用いればよいが、特にシリカゲル，アルミナ，白土等の無機粉末は、粉砕等により粉末の大きさを調整することによって、水の吸収面積を調節し易いため、所望の吸湿特性を得易い点で好ましい。 Further, in order to further improve the absorption characteristic of generated water, the base body 6 or the lid body 7 is connected to the first wiring conductor 10 in contact with the first electrode 4 or the second wiring conductor 11 in contact with the second electrode 5. A hygroscopic agent may be provided in the pores 12 at the site of contact. As the hygroscopic agent, a material that easily absorbs water, such as silica gel, alumina, white clay, activated carbon, paper, wood powder, etc. may be used. In particular, inorganic powders such as silica gel, alumina, white clay, etc. are sized by pulverization or the like. Since it is easy to adjust the water absorption area by adjusting, it is preferable in that the desired moisture absorption characteristics can be easily obtained.
また、本発明の燃料電池用容器２および燃料電池１においては、例えば携帯用ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell：直接形メタノール燃料電池）等の小型タイプのものに使用する場合、例えば、メタノール１０ｍｌで数十時間の運転が可能であるとともに、その際の水の生成量としてもメタノール１ｇの消費に対して１ｍｌと微量である。そのため、気孔１２を有する多孔質の部位が吸収した水は、ファンを用いた送風によって十分蒸発させることが可能な水分量であることから、連続運転には差し支えないものである。 Further, in the fuel cell container 2 and the fuel cell 1 of the present invention, for example, when used for a small type such as a portable DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), for example, several 10 ml of methanol is used. Operation for 10 hours is possible, and the amount of water generated at that time is as small as 1 ml with respect to consumption of 1 g of methanol. For this reason, the water absorbed by the porous portion having the pores 12 is a water amount that can be sufficiently evaporated by blowing air using a fan, and therefore can be used for continuous operation.
以上の構成により、図１に示すような、電解質部材３を収納可能な小型で堅牢な燃料電池用容器２が得られ、高効率制御が可能な本発明の燃料電池１が得られる。 With the above configuration, a small and robust fuel cell container 2 capable of accommodating the electrolyte member 3 as shown in FIG. 1 is obtained, and the fuel cell 1 of the present invention capable of high efficiency control is obtained.
次に、上記の燃料電池１を電源として有する本発明の電子機器について説明する。 Next, the electronic apparatus of the present invention having the fuel cell 1 as a power source will be described.
本発明の電子機器は、電源として上記のような燃料電池１を有していることから、以上のような本発明の燃料電池用容器２による特長を備えた、小型低背で長期にわたり安定して作動させることのできる安全性や利便性に優れたものとなる。 Since the electronic device of the present invention has the fuel cell 1 as described above as a power source, it is stable for a long time with a small size and a low profile, which has the above-described features of the fuel cell container 2 of the present invention. It is excellent in safety and convenience that can be operated.
また、電源として有している燃料電池１に、基体６および蓋体７の少なくとも一方に、外部接続用端子（正極端子および負極端子）を具備させると、電子機器の回路基板に容易に電気的接続が可能となり、着脱が自在となる。そのため、特殊な安全設備を備えた施設等によることなく、容易に燃料電池１を新しいものと取り替えることができ、電子機器の利便性を高いものとすることができる。 Further, when the fuel cell 1 having a power source is provided with terminals for external connection (a positive terminal and a negative terminal) on at least one of the base body 6 and the lid body 7, the circuit board of the electronic device can be easily electrically connected. Connection is possible and attachment / detachment is free. Therefore, the fuel cell 1 can be easily replaced with a new one without using a facility equipped with special safety equipment, and the convenience of the electronic device can be enhanced.
さらに、燃料電池用容器２の基体６の内部にメタライズ法等により金属層を種々の形状、電気特性で形成することができるので、基体６の内部に、抵抗やキャパシタンスやインダクタンス等として機能する電子回路素子を形成することができる。従って、例えば、燃料電池１に平行して大容量のキャパシタを形成することで、燃料電池１から出力される電流が不足する状態となった場合、不足する電流分が補填されて目標出力電流に応じた電流供給を確保することが可能である。また、昇圧回路を形成することができるため、電子機器に必要な電圧を確保することが可能である。 Furthermore, since a metal layer can be formed in various shapes and electrical characteristics inside the base body 6 of the fuel cell container 2 by a metallization method or the like, electrons functioning as resistance, capacitance, inductance, etc. inside the base body 6. Circuit elements can be formed. Therefore, for example, when a large-capacity capacitor is formed in parallel with the fuel cell 1 and the current output from the fuel cell 1 becomes insufficient, the insufficient current is compensated to reach the target output current. It is possible to ensure a corresponding current supply. In addition, since a booster circuit can be formed, a voltage necessary for the electronic device can be secured.
なお、このように基体６の内部に、抵抗やキャパシタンスやインダクタンスを形成する場合には、基体６はガラスセラミックスから成ることが好ましい。 In addition, when forming resistance, a capacitance, and an inductance in the inside of the base | substrate 6 in this way, it is preferable that the base | substrate 6 consists of glass ceramics.
そして、本発明の電子機器としては、具体的には携帯電話，ＰＤＡ（Personal Digital Assistants），デジタルカメラやビデオカメラ，ゲーム機などの玩具等の携帯型電子機器、また、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）をはじめとするポータブルなプリンター，ファクス，テレビ，通信機器，オーディオビデオ機器，扇風機等の各種家電製品，電動工具等の電子機器がある。 Specifically, the electronic device of the present invention includes portable electronic devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), toys such as digital cameras, video cameras, and game machines, and notebook PCs (personal computers). ) And other portable printers, fax machines, televisions, communication equipment, audio-video equipment, electric appliances such as electric fans, and electronic equipment such as electric tools.
これらの電子機器は、近年、液晶表示装置等を用いた動画表示の機能を付加したものが使用されるようになってきている。このような動画表示は電源の消費が非常に大きいことから、従来の蓄電池を用いた電子機器では短時間で動作不能となるのに対し、本発明の電子機器は非常に長時間の電源を供給できる燃料電池１を搭載しており、動画表示を行なっても長時間の動作が可能となる。 In recent years, these electronic devices have been added with a function of displaying a moving image using a liquid crystal display device or the like. Such a video display consumes a large amount of power, so that an electronic device using a conventional storage battery cannot be operated in a short time, whereas the electronic device of the present invention supplies a very long time power. The fuel cell 1 that can be used is mounted, and even if a moving image is displayed, long-time operation is possible.
例えば携帯電話の場合、中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御部と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、リードオンメモリ（ＲＯＭ）と、使用者により操作されたデータをＣＰＵに入力する入力部と、アンテナと、アンテナで受信された信号を復調して制御部に供給すると共に、制御部から供給された信号を変調してアンテナより送信させる無線部と、制御部からの鳴動信号に基づき鳴音するスピーカと、制御部からの制御により点灯、消灯あるいは点滅する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、制御部からの信号により情報の表示を行なう表示部と、制御部からの駆動信号により振動するバイブレータと、使用者の音声を音声信号に変換して制御部へ伝達し、制御部からの音声信号を音声に変換して出力する送受話部と、各部に電源を供給する電源部とから構成されている。そして、その電源部に本発明の燃料電池１および燃料電池用容器２が組み込まれることによって、燃料電池１および燃料電池用容器２が、コンパクト性、簡便性および安全性に優れ、燃料の均等供給および高効率な電気接続による長時間の電源供給が可能となることから、携帯電話の小型、低背化および軽量化が可能となる。 For example, in the case of a mobile phone, a central processing unit (CPU), a control unit, a random access memory (RAM), a read-on memory (ROM), an input unit for inputting data operated by a user to the CPU, The antenna, the signal received by the antenna is demodulated and supplied to the control unit, the radio unit that modulates the signal supplied from the control unit and transmitted from the antenna, and the sound is generated based on the ringing signal from the control unit Use of a speaker, a light emitting diode (LED) that is turned on, off, or blinking under the control of the control unit, a display unit that displays information by a signal from the control unit, and a vibrator that is vibrated by a drive signal from the control unit The voice signal from the control unit is converted into a voice signal and transmitted to the control unit, and the voice signal from the control unit is converted into voice and output. It is composed of a part. Then, by incorporating the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 of the present invention into the power supply unit, the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 are excellent in compactness, simplicity and safety, and are evenly supplied with fuel. In addition, since it is possible to supply power for a long time with highly efficient electrical connection, the mobile phone can be reduced in size, height, and weight.
また、近時の携帯電話が小型化、低背化の面では十分であることを考慮すると、このように燃料電池１を小型、低背化することよって生じたスペースに、例えば、カメラやビデオ等の電話機能以外の機能を有する電子部品を新たに組み込むことが可能となり、更なる多機能化を行なうことができる。 Also, considering that recent mobile phones are sufficient in terms of miniaturization and low profile, in the space generated by miniaturizing and reducing the height of the fuel cell 1 in this way, for example, a camera or video Electronic components having functions other than the telephone function such as the above can be newly incorporated, and further multi-function can be performed.
また、新たに電子部品を組み込む替わりに、衝撃吸収材や衝撃防止部材、防水材等を主要な電子回路を保護するようにして設けることもできる。この場合、落下等により携帯電話本体に衝撃が加わった際の耐衝撃性や、雨中での使用等の際の防水性などを従来よりも強固にし得る構造とすることもできる。 Further, instead of newly incorporating electronic components, an impact absorbing material, an impact preventing member, a waterproof material or the like can be provided so as to protect the main electronic circuit. In this case, it is also possible to have a structure that can make the impact resistance when a shock is applied to the mobile phone main body due to dropping or the like, the waterproofness when used in rain, etc. stronger than before.
また、携帯電話本体内部の電気回路部を小さくすることが可能となることによって、携帯電話本体の外形への制約が少なくなり、例えば、携帯電話を老人や子供にとって握り易い形状とすること等の意匠性に優れた外形状とすることが可能となる。 In addition, by making it possible to reduce the size of the electric circuit inside the mobile phone body, there are fewer restrictions on the outer shape of the mobile phone body, for example, making the mobile phone a shape that is easy for an elderly person or child to grip. It becomes possible to make the outer shape excellent in design.
また、電源部の構造を上述のように燃料電池１および燃料電池用容器２が着脱自在となる構造とした場合、予備の燃料電池１および燃料電池用容器２を準備しておけば、電池切れ等が発生した場合に容易に予備の燃料電池１および燃料電池用容器２に交換したり、燃料電池１を取り出して、燃料の補給や交換をすることができるので、継続して通話等を行うことができ、従来の蓄電池を電源として使用するもの等に比べて利便性に優れるものとなる。 Further, when the structure of the power source is such that the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 are detachable as described above, if the spare fuel cell 1 and the fuel cell container 2 are prepared, the battery will run out. Can be easily replaced with the spare fuel cell 1 and the fuel cell container 2 or the fuel cell 1 can be taken out and refueled or exchanged, so that the telephone call can be continued. Therefore, it is more convenient than a conventional battery that uses a storage battery as a power source.
また、交換された（使用済みの）燃料電池１は、燃料を補給することによりすぐに再利用できるので、充電に比べて使い勝手がよく、また資源を有効利用することも可能なものとなる。また、自然災害等による長期にわたる停電等の緊急時や屋外においても使用が可能となるという利点がある。 In addition, since the replaced (used) fuel cell 1 can be reused immediately by replenishing fuel, it is more convenient than charging, and resources can be used effectively. In addition, there is an advantage that it can be used in an emergency such as a long-term power outage due to a natural disaster or the like or outdoors.
また、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）の場合、パーソナルコンピュータ本体と、パーソナルコンピュータ本体に所定のデータを入力するためのキーボードとを納めた第１の筐体と、キーボードにより入力されたデータあるいはパーソナルコンピュータ本体により処理されたデータを表示するためのディスプレイを納めた第２の筐体とを備え、第２の筐体が第１の筐体に開閉可能に取り付けられており、さらに各部に電源を供給する電源部を第１の筐体に設けるという基本構成から成り、その電源部に燃料電池１および燃料電池用容器２が組み込まれる。この場合、上述の携帯電話と同様に、本発明の電子機器に組み込まれる燃料電池１および燃料電池用容器２が、コンパクト性、簡便性および安全性に優れ、燃料の均等供給および高効率な電気接続による長時間の電源供給が可能となることから、ノート型ＰＣ本体の小型化、低背化、軽量化および多機能化が可能となるとともに、ディスプレイの大型化や高解像度化に対応して、大きな電流を安定して、長期にわたって供給することも可能で、ディスプレイが見易く、かつ携帯の際の重量や容積上の負担も少ない等の利便性の高いノート型ＰＣとすることができる。 In the case of a notebook PC (personal computer), a personal computer main body, a first housing containing a keyboard for inputting predetermined data to the personal computer main body, data input by the keyboard, or a personal computer And a second housing containing a display for displaying data processed by the main body, the second housing is attached to the first housing so as to be openable and closable, and power is supplied to each part. The power supply unit is configured to be provided in the first casing, and the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 are incorporated in the power supply unit. In this case, similarly to the above-described mobile phone, the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 incorporated in the electronic device of the present invention are excellent in compactness, simplicity, and safety, and are evenly supplied with fuel and highly efficient electricity. Since long-term power supply can be achieved through connection, the notebook PC itself can be made smaller, lower in profile, lighter in weight and multi-functional, and can handle larger displays and higher resolutions. In addition, a large current can be stably supplied over a long period of time, the display can be easily viewed, and a notebook PC with high convenience such as a small weight and volume burden when being carried can be obtained.
また、電源部の構造を燃料電池１および燃料電池用容器２が着脱自在となる構造とした場合、予備の燃料電池１および燃料電池用容器２を準備しておけば、屋外や旅客機等の移動体内等の２次電池のみで使用するような状況において、従来に比べ飛躍的に長時間の電源供給が可能となるという利点がある。また、このように公共の場で使用する場合にも安全性に優れることから、制約を受けることなく使用することが可能な、極めて利便性に優れたものとなる。 If the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 are detachable in the power source, the spare fuel cell 1 and the fuel cell container 2 can be prepared to move outdoors or passenger aircraft. In a situation where only the secondary battery is used in the body or the like, there is an advantage that power can be supplied for a long time as compared with the conventional case. Further, since it is excellent in safety even when used in a public place as described above, it can be used without restriction and is extremely convenient.
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を行なっても何ら差し支えない。例えば、第１流体流路８や第２流体流路９については、燃料電池１全体を薄型化するため、基体６または蓋体７の側面からの流入口を設けるようにしてもよい。これにより、特に携帯電子機器用として小型化を成す上で有効となる。さらに、第１および第２配線導体１０，１１については、基体６および蓋体７の外面に導出される他端を、それぞれ同じ側の側面に引き出すように配設してもよい。これによれば、燃料電池の一方側面に配線や流路等をまとめることができ、小型化と外部への接合部の保護とが容易となり、信頼性の高い設計が可能となるとともに、長期間安定した作動が可能な燃料電池１となる。 It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the first fluid channel 8 and the second fluid channel 9 may be provided with an inlet from the side surface of the base body 6 or the lid body 7 in order to reduce the thickness of the entire fuel cell 1. This is effective in reducing the size especially for portable electronic devices. Furthermore, about the 1st and 2nd wiring conductors 10 and 11, you may arrange | position so that the other end derived | led-out to the outer surface of the base | substrate 6 and the cover body 7 may be pulled out to the side surface of the same side, respectively. According to this, wiring and flow paths can be integrated on one side of the fuel cell, facilitating miniaturization and protection of joints to the outside, enabling a highly reliable design, and The fuel cell 1 is capable of stable operation.
また、基体６の凹部の内部には、複数の電解質部材３を収容してこれらを第１および第２配線導体１０，１１により電気的に接続して全体として高電圧あるいは大電流の出力を得るようにしてもよい。 A plurality of electrolyte members 3 are accommodated in the recesses of the base 6 and are electrically connected by the first and second wiring conductors 10 and 11 to obtain a high voltage or large current output as a whole. You may do it.
また、図３に本発明の燃料電池用容器および燃料電池の実施の形態の他の例を断面図で示すように、第１流体流路８’および第２流体流路９’の少なくとも一方を、基体６’の凹部の底面または蓋体７’の下面に電解質部材３の下側主面または上側主面に対向するように溝状の開口が葛折状（ジグザグ状）に形成された開口部１３と、開口部１３から基体６’または蓋体７’の外面にかけて形成された流体の導入部１５と、他の開口部１３または連結部１４から基体６’または蓋体７’の外面にかけて形成された流体の排出部１６とから構成されるようにしてもよい。これにより、平面に並んだ複数の電解質部材３への燃料ガスや酸化剤ガスの供給や排出が、基体６’または蓋体７’の内部に形成された３次元的な流体流路である連結部１４、導入部１５、排出部１６を用いて、外部に漏れることなく気密に行なうことができる。そのため、安全に、また電気化学的に良好にかつ効率的に電気を取り出すことができる燃料電池１’を提供することができる。 FIG. 3 is a sectional view showing another example of the fuel cell container and the fuel cell according to the present invention. At least one of the first fluid channel 8 ′ and the second fluid channel 9 ′ is provided. An opening in which a groove-like opening is formed in a distorted shape (zigzag) on the bottom surface of the recess of the base body 6 ′ or the lower surface of the lid body 7 ′ so as to face the lower main surface or the upper main surface of the electrolyte member 3. Part 13, the fluid introduction part 15 formed from the opening 13 to the outer surface of the base 6 'or the lid 7', and the other opening 13 or the connecting part 14 to the outer surface of the base 6 'or the lid 7'. You may make it comprise from the discharge part 16 of the formed fluid. Thereby, the supply and discharge of the fuel gas and the oxidant gas to the plurality of electrolyte members 3 arranged in a plane are connected by a three-dimensional fluid flow path formed inside the base body 6 ′ or the lid body 7 ′. Using the part 14, the introduction part 15, and the discharge part 16, it can carry out airtight, without leaking outside. Therefore, it is possible to provide a fuel cell 1 ′ that can take out electricity safely, electrochemically and efficiently.
また、複数の凹部を有する基体６’の各凹部に電解質部材３を収容し、隣接する凹部の端部間にわたって第３配線導体１７を配設し、複数の電解質部材３の第１電極４の間または第１電極４と第２電極５との間を電気的に接続し、両端となる位置に配置された電解質部材３に全体としての出力を取り出すように第１配線導体１０’および第２配線導体１１’をそれぞれに電気的に接続するようにしてもよい。これにより、複数の電解質部材３の間の流体流路を、連結部１４、導入部１５、および排出部１６で３次元的に自由に形成し、組み合わせることができる。その結果、電解質部材３の配置に応じて、燃料供給の一様性を保ちつつ、高密度に流体流路を形成することが可能となり、燃料電池１’の低背化，小型化が可能となる。 In addition, the electrolyte member 3 is accommodated in each recess of the base 6 ′ having a plurality of recesses, the third wiring conductor 17 is disposed between the end portions of the adjacent recesses, and the first electrode 4 of the plurality of electrolyte members 3 is disposed. Or the first electrode 4 and the second electrode 5 are electrically connected, and the first wiring conductor 10 ′ and the second wiring conductor 10 ′ are connected to the electrolyte member 3 disposed at both ends so as to extract the output as a whole. The wiring conductors 11 ′ may be electrically connected to each other. Thereby, the fluid flow path between the plurality of electrolyte members 3 can be freely formed and combined three-dimensionally by the connecting portion 14, the introducing portion 15, and the discharging portion 16. As a result, according to the arrangement of the electrolyte member 3, it is possible to form a fluid flow path with high density while maintaining the uniformity of fuel supply, and the fuel cell 1 'can be reduced in height and size. Become.
さらに、第１〜第３配線導体１０’，１１’，１７により３次元的に自由に配線ができるため、複数の電解質部材３を任意に直列接続または並列接続することが可能となる。その結果、全体の出力電圧および出力電流を効率よく調整することが可能となるため、電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を良好に外部に取り出すことができる燃料電池用容器２’および燃料電池１’となる。 Furthermore, since the first to third wiring conductors 10 ′, 11 ′, and 17 can be freely wired three-dimensionally, a plurality of electrolyte members 3 can be arbitrarily connected in series or in parallel. As a result, the overall output voltage and output current can be adjusted efficiently, and therefore the fuel cell container 2 ′ that can take out the electricity electrochemically generated by the electrolyte member 3 to the outside. And a fuel cell 1 ′.
１，１’：燃料電池
２，２’：燃料電池用容器
３：電解質部材
４：第１電極
５：第２電極
６，６’：基体
７，７’：蓋体
８，８’：第１流体流路
９，９’：第２流体流路
１０，１０’：第１配線導体
１１，１１’：第２配線導体
１２：気孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1 ': Fuel cell 2, 2': Fuel cell container 3: Electrolyte member 4: 1st electrode 5: 2nd electrode 6, 6 ': Base | substrate 7, 7': Lid body 8, 8 ': 1st Fluid channel 9, 9 ': Second fluid channel 10, 10': First wiring conductor 11, 11 ': Second wiring conductor 12: Pore
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