JP5032001B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5032001B2 JP5032001B2 JP2005146400A JP2005146400A JP5032001B2 JP 5032001 B2 JP5032001 B2 JP 5032001B2 JP 2005146400 A JP2005146400 A JP 2005146400A JP 2005146400 A JP2005146400 A JP 2005146400A JP 5032001 B2 JP5032001 B2 JP 5032001B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- electrolyte membrane
- air electrode
- fuel cell
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、空気供給構造を有する燃料電池筐体構造に関する。
本発明に関する燃料電池では空気中の酸素を反応物として使用するために、燃料電池セル
パックの構造は還元反応がおきるカソード電極が外部空気と直接的に接触する構造でなけ
ればならない。しかし、燃料電池セルパックを携帯用電子機器の電源として応用するため
に電子機器に搭載する場合、セルパックと電子機器とが接触している領域において、空気
吸入口が設けられたセルパック外面に設けられた空気吸入口の一部が塞がれてしまったり
、使用者の身体部位や電子機器が位置する環境によってセルパック外面の空気吸入口が塞
がれてしまったりする。その塞がれた部分では、部分的に空気吸入口を通した酸素供給が
行われず、電極反応を起こすことができなくなるおそれがある。
パックの構造は還元反応がおきるカソード電極が外部空気と直接的に接触する構造でなけ
ればならない。しかし、燃料電池セルパックを携帯用電子機器の電源として応用するため
に電子機器に搭載する場合、セルパックと電子機器とが接触している領域において、空気
吸入口が設けられたセルパック外面に設けられた空気吸入口の一部が塞がれてしまったり
、使用者の身体部位や電子機器が位置する環境によってセルパック外面の空気吸入口が塞
がれてしまったりする。その塞がれた部分では、部分的に空気吸入口を通した酸素供給が
行われず、電極反応を起こすことができなくなるおそれがある。
このような問題を解決するためには、セルパックと電子機器とが接触している領域、また
は電子機器の使用環境などに関係なく、外部空気がセルパックに十分に流入されて電極表
面全体に均一に供給される構造でなければならず、かつ、外部からの異物や水分の浸透を
防止できる手段を有する必要がある。
は電子機器の使用環境などに関係なく、外部空気がセルパックに十分に流入されて電極表
面全体に均一に供給される構造でなければならず、かつ、外部からの異物や水分の浸透を
防止できる手段を有する必要がある。
そこで図５のように通気孔が内部側で互いに連結する空気通路を持つセルパックが作ら
れた。
特開２００３−２８２１３１号公報
れた。
しかしながら、図５の構造ではセルパックの空気通路は空気を必要とする燃料電池内部（
ガス拡散層）からは離れており、十分な空気供給は難しいと考えられる。また、空気不足
（酸素不足）になると空気極過電圧が増加し、その分燃料電池本体の電圧及び電力の出力
の減少につながる。よって本発明の目的は燃料電池内部へ多くの空気をとりこめるような
構造にすることで空気の供給をしやすくすること、さらに空気と接触しやすくすることで
放熱効果をよくする燃料電池を提供することである。
ガス拡散層）からは離れており、十分な空気供給は難しいと考えられる。また、空気不足
（酸素不足）になると空気極過電圧が増加し、その分燃料電池本体の電圧及び電力の出力
の減少につながる。よって本発明の目的は燃料電池内部へ多くの空気をとりこめるような
構造にすることで空気の供給をしやすくすること、さらに空気と接触しやすくすることで
放熱効果をよくする燃料電池を提供することである。
本発明の一態様によれば、電解質膜と、前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の第２面に複数設けられた空気極と前記空気極側を覆い、前記空気極へ酸素を通過させる開口部が設けられた板状部材とを有し、前記板状部材には、前記各空気極との間に前記電解質膜に達する凹部が設けられ、前記凹部内には、前記開口部が設けられていることを特徴とする燃料電池が提供される。
本発明の一態様によれば、電解質膜と、前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と、前記空気極の前記電解質膜と反対の面に複数設けられたガス拡散層と、前記空気極側を覆い、前記空気極へ酸素を通過させる開口部が設けられた板状部材とを有し、前記板状部材には、複数の前記ガス拡散層との間に前記空気極に達する凹部が設けられ、前記凹部内には、前記開口部が設けられていることを特徴とする燃料電池が提供される。
本発明によれば、燃料電池内部へ空気を円滑に補給することができる。
以下、図１、２を参照しながら本発明の第1の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池を示す斜視図、図２は断面図である。
図１、２に示すように、本発明に関する燃料電池１はそれぞれ板状の長方形をした燃料極
７、電解質膜９、空気極１１、ガス拡散層１３、集電体１５、保湿膜１７、上部板状部材
１９から構成されている。
７、電解質膜９、空気極１１、ガス拡散層１３、集電体１５、保湿膜１７、上部板状部材
１９から構成されている。
基本的にはこの順番でそれぞれの平面が積層されて接続されているが、上部板状部材１９
は複数の溝状の凹部２２を有している。この溝状の凹部２２は前記板状の長方形部材の一
辺と平行に並べられて設けられており、保湿膜１７、集電体１５、ガス拡散層１３、空気
極１１を突き抜け凹部２２の底部が電解質膜９に達するような深さに形成されている。さ
らに溝状の凹部２２はガス拡散層１３との間に開口部Ｂ２３を有している。
は複数の溝状の凹部２２を有している。この溝状の凹部２２は前記板状の長方形部材の一
辺と平行に並べられて設けられており、保湿膜１７、集電体１５、ガス拡散層１３、空気
極１１を突き抜け凹部２２の底部が電解質膜９に達するような深さに形成されている。さ
らに溝状の凹部２２はガス拡散層１３との間に開口部Ｂ２３を有している。
上部板状部材１９の溝状の凹部２２以外の部分にも開口部Ａ２１が設けられている。
電池の燃料はメタノール等の揮発性のある液体燃料が用いられる。燃料極７の材質は、白
金族元素の単体金属（Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd等），白金族元素を含有
する合金など．メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いPt-Ruが望ましいがこれに
限定されるものではない．炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を使用して
も良い。
金族元素の単体金属（Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd等），白金族元素を含有
する合金など．メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いPt-Ruが望ましいがこれに
限定されるものではない．炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を使用して
も良い。
また、電解質膜９の材質は、例えばスルホン酸基を有するフッ素系樹脂，スルホン酸基を
有するハイドロカーボン系樹脂，タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が
挙げられる。さらに空気極１１の材質は例えば白金族元素の単体金属（Pt, Ru, R
h, Ir, Os, Pd等），白金族元素を含有する合金など．炭素材料のような伝導
性担持体を使用する担持触媒を使用できる。保湿膜１７の材質には例えばポリエチレン製
多孔質フィルムなどが挙げられる。
有するハイドロカーボン系樹脂，タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が
挙げられる。さらに空気極１１の材質は例えば白金族元素の単体金属（Pt, Ru, R
h, Ir, Os, Pd等），白金族元素を含有する合金など．炭素材料のような伝導
性担持体を使用する担持触媒を使用できる。保湿膜１７の材質には例えばポリエチレン製
多孔質フィルムなどが挙げられる。
燃料極７と空気極１１は電解質膜９を挟んで対応する位置に配置される。また、前記電解
質膜９とともに電圧を発生させるための層からなる起電部２５を備えている。燃料極７側
から供給された燃料は電解質膜９を通過する。その際、燃料極７では電気化学反応
が起こる。ガス拡散層１３は周囲から空気を取り込んで空気極１１に供給しており、電
解質膜９を通過したＨ＋と空気極１１に供給された空気中の酸素とが接触しさらに電気化
学反応
をすることで電圧を出力する。
質膜９とともに電圧を発生させるための層からなる起電部２５を備えている。燃料極７側
から供給された燃料は電解質膜９を通過する。その際、燃料極７では電気化学反応
が起こる。ガス拡散層１３は周囲から空気を取り込んで空気極１１に供給しており、電
解質膜９を通過したＨ＋と空気極１１に供給された空気中の酸素とが接触しさらに電気化
学反応
をすることで電圧を出力する。
ここで空気極１１への空気の供給の仕方について述べる。
酸素は開口部Ａ２１から入り、保湿膜１７、集電体１５、ガス拡散層１３を通って空気極
１１へ達するほか、本発明では溝状の凹部２２に設けられた開口部Ｂ２３からも入ること
ができる。よってより空気極に近いところから空気（酸素）を供給することができる。
１１へ達するほか、本発明では溝状の凹部２２に設けられた開口部Ｂ２３からも入ること
ができる。よってより空気極に近いところから空気（酸素）を供給することができる。
次に図４を参照して従来構成と比較しながら本発明の効果を説明する。
Ｘ軸が電流密度、Ｙ軸がそれぞれ電圧と出力電力密度を示している。電流密度が高くなる
につれ、出力電力密度及び電圧は低くなっている。これは電流密度が高くなるにつれて燃
料極７及び空気極１１等での反応が活発になり反応で使用する酸素が不足した結果、反応
を起すためのエネルギーが大きくなり、空気極過電圧が増加するためである。
につれ、出力電力密度及び電圧は低くなっている。これは電流密度が高くなるにつれて燃
料極７及び空気極１１等での反応が活発になり反応で使用する酸素が不足した結果、反応
を起すためのエネルギーが大きくなり、空気極過電圧が増加するためである。
そこで空気すなわち酸素を取り入れやすい本発明の構成を使用することで図中矢印で示
すように出力電力密度及び電圧が上昇していることが分かる。
すように出力電力密度及び電圧が上昇していることが分かる。
さらに出力電力密度の最大値が上昇していることも分かる。出力電力密度の最大値が上
昇すると、効率良く電力が出力できる。電流密度は高ければいいものというわけではなく
、出力電力密度が最大値となるときの値に設定するため、少ない電流密度でより高い出力
電力密度を得ることができるからである。
昇すると、効率良く電力が出力できる。電流密度は高ければいいものというわけではなく
、出力電力密度が最大値となるときの値に設定するため、少ない電流密度でより高い出力
電力密度を得ることができるからである。
本発明の構成によって酸素を供給すると出力電力密度の最大値及びそのときの電流値に対
応する電圧が上昇していることが確認できる。よって過度なエネルギー消費を防ぐことが
でき、効率よく出力電圧を発生させることができることが分かる。
応する電圧が上昇していることが確認できる。よって過度なエネルギー消費を防ぐことが
でき、効率よく出力電圧を発生させることができることが分かる。
さらに、この溝状の凹部２２は前記長方形の部材の一辺と平行に並べられて設けられてお
り、カバーの一部を障害物が覆っても覆われていない部分から外気を取り込むことにより
、カバーが覆われた部分の下の層にも溝をつたって燃料電池内部に空気が供給されるため
、安定した空気供給をすることができる。
り、カバーの一部を障害物が覆っても覆われていない部分から外気を取り込むことにより
、カバーが覆われた部分の下の層にも溝をつたって燃料電池内部に空気が供給されるため
、安定した空気供給をすることができる。
次に第2の実施の形態について図３を参照しながら述べる。
第１の実施の形態では、上部板状部材１９の凹部２２の底部が電解質膜９に達するような
深さであったものを第2の実施の形態では凹部の底部が空気極１１に達するような深さに
形成している。開口部Ｂ２３がガス拡散層１３と隣接する場所に設けられているのは第１
の実施例と同様である。起電部２５どうしの間は凹部２２を有する場合と、単に離間して
いるだけの場合とがある。
深さであったものを第2の実施の形態では凹部の底部が空気極１１に達するような深さに
形成している。開口部Ｂ２３がガス拡散層１３と隣接する場所に設けられているのは第１
の実施例と同様である。起電部２５どうしの間は凹部２２を有する場合と、単に離間して
いるだけの場合とがある。
また、実施の形態では溝の開口部Ｂ２３はガス拡散層１３との間に設けられている場合を
記載したが、この他に溝の開口部Ｂ２３が集電体１５との間にあっても保湿膜１７との間
にあってもよい。
記載したが、この他に溝の開口部Ｂ２３が集電体１５との間にあっても保湿膜１７との間
にあってもよい。
よってカバーの一部を障害物が覆っても覆われていない部分から外気をガス拡散層等の燃
料電池内部の層に直接取り込むことにより、空気極、ガス拡散層にも空気が行き渡るよう
にすることが可能である。
料電池内部の層に直接取り込むことにより、空気極、ガス拡散層にも空気が行き渡るよう
にすることが可能である。
燃料電池内の層と空気とが接することから放熱効果もある。
７…燃料極、９…電解質膜、１１…空気極、１３…ガス拡散層、１５…集電体、１７…保
湿膜、１９…上部板状部材、２１…開口部Ａ、２２…凹部、２３…開口部Ｂ
湿膜、１９…上部板状部材、２１…開口部Ａ、２２…凹部、２３…開口部Ｂ
Claims (5)
- 電解質膜と、
前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、
前記電解質膜の第２面に複数設けられた空気極と
前記空気極側を覆い、前記空気極へ酸素を通過させる開口部が設けられた板状部材とを有し、
前記板状部材には、前記各空気極との間に前記電解質膜に達する凹部が設けられ、
前記凹部内には、前記開口部が設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 更に、前記各空気極とそれぞれ前記電解質膜と反対の面に面接触するように設けられた複数のガス拡散層と、
前記各ガス拡散層とそれぞれ面接触するように設けられた複数の集電体と、
前記各集電体に面接触するように設けられた複数の保湿膜と、
を有し、
前記板状部材は前記各保湿膜を覆い、
前記板状部材の前記凹部は前記各空気極、前記各ガス拡散層、前記各集電体、及び前記各保湿膜との間に設けられ、
かつ前記開口部は前記各ガス拡散層が隣接する部分に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。 - 電解質膜と、
前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、
前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と、
前記空気極の前記電解質膜と反対の面に複数設けられたガス拡散層と、
前記空気極側を覆い、前記空気極へ酸素を通過させる開口部が設けられた板状部材とを有し、
前記板状部材には、複数の前記ガス拡散層との間に前記空気極に達する凹部が設けられ、
前記凹部内には、前記開口部が設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 更に、前記各ガス拡散層とそれぞれ面接触するように設けられた複数の集電体と、
前記各集電体に面接触するように設けられた複数の保湿膜と、
を有し、
前記板状部材は前記各保湿膜を覆い、
前記板状部材の前記凹部は前記各ガス拡散層、前記各集電体、及び前記各保湿膜との間に設けられ、
かつ前記開口部は前記各ガス拡散層が隣接する部分に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。 - 前記凹部は、溝状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005146400A JP5032001B2 (ja) | 2005-05-19 | 2005-05-19 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005146400A JP5032001B2 (ja) | 2005-05-19 | 2005-05-19 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006324126A JP2006324126A (ja) | 2006-11-30 |
| JP5032001B2 true JP5032001B2 (ja) | 2012-09-26 |
Family
ID=37543645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005146400A Expired - Fee Related JP5032001B2 (ja) | 2005-05-19 | 2005-05-19 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5032001B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008140886A (ja) | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 配線基板及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001110432A (ja) * | 1999-10-08 | 2001-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| JP3843838B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2006-11-08 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池 |
-
2005
- 2005-05-19 JP JP2005146400A patent/JP5032001B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006324126A (ja) | 2006-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20010051293A1 (en) | Reduced size fuel cell for portable applications | |
| KR100909520B1 (ko) | 연료 전지 | |
| JP2006190673A (ja) | 直接液体燃料電池及び直接液体燃料電池を備えた携帯用の電子装置 | |
| JP2003323902A (ja) | 燃料電池発電装置及びこれを用いた携帯機器 | |
| JP2006093119A (ja) | 燃料電池、及びその燃料電池を搭載した情報端末 | |
| JP5032001B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4061964B2 (ja) | 小型燃料電池及びその製造方法 | |
| US8703359B2 (en) | Fuel cell and electronic device | |
| JP2006351501A (ja) | 着脱式燃料電池及び電源供給システム | |
| CA2412558A1 (en) | Reduced size fuel cell for portable applications | |
| JP4109569B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP3114148U (ja) | 着脱式燃料電池及び電源供給システム | |
| JP5879227B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP5112233B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2006216333A (ja) | 燃料電池スタック | |
| WO2010013425A1 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2009231195A (ja) | 燃料電池及び電子装置 | |
| JP2005340158A (ja) | 燃料電池モジュール | |
| JP2009021113A (ja) | 燃料電池 | |
| JP5804587B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP4970769B2 (ja) | スティック型燃料電池及び電源供給システム | |
| JP2009231111A (ja) | 燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび電子機器 | |
| JP3118182U (ja) | 燃料電池及び電源供給システム | |
| JP3946228B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2006107819A (ja) | 電源装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080514 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110620 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110624 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110823 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20111125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120403 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120427 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120601 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120628 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5032001 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150706 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |