KR20050014687A - Fuel cell container, fuel cell and electronic equipment - Google Patents
Fuel cell container, fuel cell and electronic equipmentInfo
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Abstract
Description
본 발명은, 전해질부재를 수용가능한 세라믹으로 이루어진 소형이며 고신뢰성의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지와 전자기기에 관한 것이다.The present invention relates to a compact and highly reliable fuel cell container made of ceramic that can accommodate an electrolyte member, and a fuel cell and an electronic device using the same.
최근, 지금까지보다 저온에서 동작하는 소형 연료전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 연료전지에는, 이것에 이용하는 전해질의 종류에 따라, 고체고분자전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Fuel Cell :이하, PEFC로 표기)나 인산형 연료전지, 혹은 고체전해질형 연료전지라는 것이 알려져 있다.In recent years, development of a small fuel cell operating at a lower temperature than ever before has been actively performed. Fuel cells are known to be solid polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as PEFC), phosphoric acid fuel cells, or solid electrolyte fuel cells, depending on the type of electrolyte used for the fuel cells.
그 중에서도 PEFC는, 작동온도가 80~100℃ 정도라는 저온이며,Among them, PEFC is a low temperature, the operating temperature of about 80 ~ 100 ℃,
(1) 출력밀도가 높고, 소형화, 경량화가 가능하다.(1) High power density, compact size and light weight.
(2) 전해질이 부식성이 아니며, 또한 작동온도가 낮기 때문에, 내식성의 면에서 전지구성재료의 제약이 적기 때문에 비용 저감이 용이하다.(2) Since the electrolyte is not corrosive and the operating temperature is low, the cost of the battery is easy because there are few restrictions on the battery material in terms of corrosion resistance.
(3) 상온에서 기동할 수 있기 때문에, 기동시간이 짧다.(3) Since it can be started at room temperature, the starting time is short.
라는 뛰어난 특징을 갖고 있다. 이 때문에 PEFC는 이상과 같은 특징을 살려, 차량용의 구동전원이나 가정용의 폐열발전시스템 등에의 적용뿐만 아니라, 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북, 디지털카메라 및 비디오카메라 등의 출력이 수W ~ 수십W의 휴대전자 기기용의 전원으로서 용도가 생각되어 지고 있다.It has an excellent characteristic. For this reason, PEFC can take advantage of the above characteristics and apply not only to the driving power supply for vehicles or the waste heat generation system for home use, but also to the output of mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebooks, digital cameras and video cameras. It is considered to be used as a power source for portable electronic devices of several tens of watts.
PEFC는 예를 들면, 백금이나, 백금-루테늄 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극으로 이루어진 연료극(캐소드)과, 백금 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극으로 이루어진 공기극(애노드)과, 연료극과 공기극 사이에 장치된 필름상의 전해질부재(이하, 전해질부재라고 표기)를 갖고 구성되어 있다. 여기서, 연료극에는 개질부를 통하여 추출된 수소가스(H2)가 공급되고, 한편 공기극에는 대기중의 수소가스(O2)가 공급되는 것에 의해, 전기화학반응에 의해 소정의 전기 에너지가 생성(발전)되어, 부하에 대한 구동전원(전압/전류)이 되는 전기 에너지가 생성된다.PEFC is, for example, a fuel electrode (cathode) made of a carbon electrode to which catalyst particles such as platinum or platinum-ruthenium are attached, an air electrode (anode) made of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are attached, and a fuel electrode and an air electrode. It consists of a film-form electrolyte member (henceforth an electrolyte member) arrange | positioned in between. Here, the hydrogen gas (H 2 ) extracted through the reforming unit is supplied to the fuel electrode, and the hydrogen gas (O 2 ) in the atmosphere is supplied to the air electrode, whereby predetermined electrical energy is generated by the electrochemical reaction. ), Electric energy is generated which becomes a driving power source (voltage / current) for the load.
구체적으로는 연료극에 수소가스(H2)가 공급되면, 다음의 화학반응식(1)에나타냈듯이, 상기 촉매에 의해 전자(e-)가 분리된 수소이온(프로톤:H+)이 발생하고, 전해질부재를 통하여 공기극 측에 통과함과 아울러, 연료극을 구성하는 탄소전극에 의해 전자(e-)가 빠져나와 부하에 공급된다.Specifically, when hydrogen gas (H 2 ) is supplied to the anode, hydrogen ions (protons: H + ) from which electrons (e − ) are separated by the catalyst are generated, as shown in the following chemical reaction formula (1). In addition to passing through the air electrode side through the electrolyte member, electrons (e − ) are released by the carbon electrode constituting the fuel electrode and are supplied to the load.
3H2→6H++ 6e-… (1) 3H 2 → 6H + + 6e - ... (One)
한편, 공기극에 공기가 공급되면, 다음의 화학반응식(2)에 나타냈듯이, 상기 촉매에 의한 부하를 경유한 전자(e-)와 전해질부재를 통과한 수소이온(H+)과 공기중의 산소가스(O2) 등이 반응하여 물(H2O)이 생성된다.On the other hand, when air is supplied to the cathode, as shown in the following chemical reaction formula (2), electrons (e − ) through the load by the catalyst and hydrogen ions (H + ) passing through the electrolyte member and in the air Oxygen gas (O 2 ) or the like reacts to generate water (H 2 O).
6H++ 3/2O2+ 6e-→ 3H2O … (2) 6H + + 3 / 2O 2 + 6e - → 3H 2 O ... (2)
이와 같은 일련의 전기화학반응(식(1) 및 식(2))은, 대략 80 ~100 ℃의 비교적 저온의 온도조건에서 진행하고, 전력 이외의 부생성물은 기본적으로 물(H2O)만이 생성된다.Such series of electrochemical reactions (Equations (1) and (2)) proceed at relatively low temperature conditions of approximately 80 to 100 ° C., and by-products other than electric power are basically only water (H 2 O). Is generated.
전해질부재를 구성하는 이온도전막(교환막)은, 술폰산기를 가진 폴리스티렌계의 양이온교환막, 플루오로카본술폰산과 폴리비닐리덴플루오화물의 혼합막, 플루오로카본매트릭스에 트리플루오로에틸렌을 그래프트화한 것 등이 알려져 있고, 최근에는 퍼플루오로카본술폰산막(예를 들면, 상품명 「나피온」듀폰사 제품) 등이 이용되어지고 있다.The ion conductive membrane (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 a grafted trifluoroethylene on a fluorocarbon matrix. These are known, and in recent years, a perfluorocarbon sulfonic acid film (for example, the brand name "Nafion" DuPont) is used.
도5에 종래의 연료전지(PEFC)의 구성을 단면도로 나타낸다. 동도에 있어서,도면부호 21은 PEFC, 23은 전해질부재, 24 및 25는 전해질부재를 끼우도록 전해질부재(23) 상에 배치되어, 가스확산층 및 촉매층으로서의 기능을 가진 한쌍의 다공질전극, 즉 연료극 및 공기극이며, 26은 가스세퍼레이터, 28은 연료유로, 29는 공기유로이다.5 shows the configuration of a conventional fuel cell (PEFC) in cross section. In the figure, reference numeral 21 denotes a PEFC, 23 an electrolyte member, and 24 and 25 are disposed on the electrolyte member 23 so as to sandwich the electrolyte member, so that a pair of porous electrodes having a function as a gas diffusion layer and a catalyst layer, that is, an anode and 26 is a gas separator, 28 is a fuel flow path, 29 is an air flow path.
가스세퍼레이터(26)는, 가스세퍼레이터(26)의 외형을 형성하는 적층부 및 가스유출입 프레임과 연료유로(28)와 공기유로(29)를 분리하는 세퍼레이터부와 이 세퍼레이터부를 관통하도록 설치된, 전해질부재(23)의 연료극(24) 및 공기극(25)에 대응하도록 배치된 전극으로 구성되어 있다. 전해질부재(23)의 연료극(24), 공기극(25)이 전기적으로 직렬 및/ 또는 병렬로 연속되도록 가스세퍼레이터(26)를 통하여 다수적층하여 전지의 최소단위인 연료전지스택으로 하고, 이 연료전지스택을 케이스에 수납한 것이 일반적인 PEFC 본체이다.The gas separator 26 includes a laminated portion forming an outer shape of the gas separator 26, a separator portion separating the gas flow in / out frame, the fuel flow passage 28 and the air flow passage 29, and an electrolyte member provided to penetrate the separator portion. It is comprised from the electrode arrange | positioned so that the fuel electrode 24 and the air electrode 25 of 23 may be corresponded. The fuel cell stack, which is the smallest unit of the cell, is stacked in multiple layers through the gas separator 26 so that the fuel electrode 24 and the air electrode 25 of the electrolyte member 23 are electrically connected in series and / or in parallel. The stack in a case is a typical PEFC body.
가스세퍼레이터(26)에 형성된 연료유로(28)를 통하여 연료극(24)에는 개질기에서 수증기를 포함한 연료가스(수소가 풍부한 가스)가 공급되고, 또 공기극(25)에는 공기유로(29)를 통과하여 대기중에서 산화제가스로서 공기가 공급되어, 전해질부재(23)에서의 화학반응에 의해 발전된다.Fuel gas (hydrogen-rich gas) including water vapor in a reformer is supplied to the anode 24 through the fuel passage 28 formed in the gas separator 26, and the cathode 25 passes through the air passage 29. Air is supplied as an oxidant gas in the atmosphere and is generated by a chemical reaction in the electrolyte member 23.
관련기술로서, 일본 특허 공개 2001-266910호 공보 및 일본 특허 공표 2001-507501호 공보가 있다.As related technologies, there are Japanese Patent Laid-Open No. 2001-266910 and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-507501.
그러나, 이러한 고전압, 고용량의 전지로서 종래부터 제안되어 개발되고 있는 연료전지(21)는, 스택구조를 가진 구성요소가 대면적화된 대중량의 대형 전지이며, 소형 전지로서의 연료전지의 이용은 종래는 거의 생각되지도 않았다.However, the fuel cell 21 proposed and developed conventionally as such a high-voltage, high-capacity battery is a large-sized, large-sized battery in which a component having a stack structure has a large area, and the use of a fuel cell as a small battery is conventionally used. I hardly thought about it.
즉, 이러한 연료전지(21)에 있어서 종래의 가스세퍼레이터(26)에는, 이것을 이용하여 전해질부재(23)를 적층한 적층체에 있어서, 전해질부재(23)의 측면이 외부로 노출되어 있는 것에 의해, 휴대시의 낙하 등에 의한 손상을 받기 쉽고, 연료전지(21) 전체의 기계적 신뢰성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.That is, in the fuel cell 21, the side of the electrolyte member 23 is exposed to the outside in the conventional gas separator 26 which laminated | stacked the electrolyte member 23 using this. In addition, there is a problem that it is easy to be damaged by falling during carrying, and it is difficult to secure mechanical reliability of the entire fuel cell 21.
또, 휴대전자기기에 연료전지(21)를 탑재하기 위해서는 종래의 대형연료와는 다른 콤팩트성, 간편성, 안전성이 뛰어난 연료전지용 용기가 필요하게 된다. 즉, 범용의 화학전지 같은 포터블전원으로서 적용하기 위해서는, 작동온도까지의 온도상승을 단시간화하기 위해, 또한 열용량을 작게하기 위해, 연료전지용 용기를 소형화, 저배화할 필요가 있다. 하지만, 종래의 연료전지(21)에는, 열용량의 배율의 대부분을 차지하는 가스세퍼레이터(26)는, 특히 카본판의 표면에 절삭가공으로 유로형성되는 가스세퍼레이터(26)의 경우 등, 박육화하면 위험해지기 때문에, 수㎜의 두께가 필요하다. 이 때문에, 소형화, 저배화가 곤란하다는 문제점이 있다.In addition, in order to mount the fuel cell 21 in a portable electronic device, a fuel cell container excellent in compactness, simplicity, and safety unlike a conventional large fuel is required. In other words, in order to be applied as a portable power source such as a general-purpose chemical cell, it is necessary to miniaturize and reduce the size of the fuel cell container in order to shorten the temperature rise up to the operating temperature and to reduce the heat capacity. However, in the conventional fuel cell 21, the gas separator 26, which occupies most of the magnification of the heat capacity, is dangerous if it is thinned, especially in the case of the gas separator 26 formed by cutting on the surface of the carbon plate. In order to lose, a thickness of several mm is required. For this reason, there is a problem that miniaturization and low magnification are difficult.
또한, 연료전지(21)의 출력전압은, 전해질부재(23)의 앞뒷면의 각 전극(24, 25)에 공급되는 가스의 분압에 의해 정해진다. 즉, 전해질부재(23)에 공급된 연료가스가 가스유로(28)를 거쳐 발전반응에 있어서 소비되면, 연료극(24)의 면상의 연료가스의 분압이 내려가서 출력전압이 내려간다. 이와 같이, 공기도 공기유로(29)를 거쳐 소비되면, 공기극(25)의 면상의 산소의 분압이 내려가서 출력전압이 내려간다. 따라서 연료가스를 균등하게 공급할 필요가 있지만, 종래의 연료전지(21)의 가스세퍼레이터(26)는, 카본판의 표면에 절삭가공에 의해 유로를 형성하고 있기 때문에, 박형화되었을 때에는 유로의 홈이 좁아지기 때문에, 유로저항이 커져, 균일한 가스 공급이 곤란하다는 문제점도 있다.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 of the electrolyte member 23. That is, when the fuel gas supplied to the electrolyte member 23 is consumed in the power generation reaction via the gas flow path 28, the partial pressure of the fuel gas on the surface of the fuel electrode 24 is lowered, and the output voltage is lowered. Thus, when air is also consumed via the air flow path 29, the partial pressure of oxygen on the surface of the air electrode 25 falls, and the output voltage falls. Therefore, although it is necessary to supply fuel gas evenly, since the gas separator 26 of the conventional fuel cell 21 forms the flow path by the cutting process on the surface of a carbon plate, when the thickness becomes thin, the groove of a flow path becomes narrow. As a result, the flow path resistance becomes large, and there is a problem that uniform gas supply is difficult.
또, 복수의 전해질부재(23)와 그 대향하는 연료극(24), 공기극(25)과 가스세퍼레이터(26)의 조합이 임의로 효율이 좋게 직렬접속 또는 병렬접속되어, 전체의 출력전압 및 출력전류가 조정되도록 할 필요가 있다. 하지만, 종래의 연료전지(21)에서는, 전해질부재(23)를 사이에 둔 연료극(24) 및 공기극(25)에서 전기를 빼내기위해서는, 외부에 인출접속하는 방법이나, 혹은 가스세퍼레이터(26)를 전도성 재료로서 겹쳐서 직렬접속하는 방법 밖에 없고, 소형 연료전지에 있어서는 그것이 곤란하다는 문제점도 있다.In addition, the combination of the plurality of electrolyte members 23 and the opposite fuel electrode 24, the air electrode 25, and the gas separator 26 is arbitrarily and efficiently connected in series or in parallel, so that the overall output voltage and output current It needs to be adjusted. However, in the conventional fuel cell 21, in order to withdraw electricity from the fuel electrode 24 and the air electrode 25 with the electrolyte member 23 interposed therebetween, the method of drawing out and connecting the outside or the gas separator 26 is used. There is only a method of overlapping and series connection as a conductive material, and there is a problem that it is difficult in a small fuel cell.
또, 전해질부재(23)에 있어서 전기화학반응에 의해 생성된 물(H2O)이 공기유로(29)를 막아 버리기 때문에, 공기극(25)에 공기유로(29)를 통하여 대기중에서 산화제가스로서 공기가 공급되기 어려워지며, 전해질부재(23)에서의 전기화학반응이 저해되기 때문에 발전효율이 떨어져 버린다는 문제점도 있다.In addition, since the water (H 2 O) generated by the electrochemical reaction in the electrolyte member 23 blocks the air flow passage 29, the air 25 is used as an oxidant gas in the atmosphere through the air flow passage 29. Since air is difficult to supply and the electrochemical reaction in the electrolyte member 23 is inhibited, there is also a problem that power generation efficiency is lowered.
본 발명은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 완성된 것이며, 그 목적은, 전해질부재를 수납가능한 소형이며, 견뢰한 연료전지용 용기이고, 또 가스의 균등공급, 연료전지용기 내의 온도구배의 균일화, 고효율적인 전기접속을 행할 수 있는 신뢰성 있는 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지와 전자기기를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been completed in view of the problems of the prior art as described above, and an object thereof is a compact, robust fuel cell container capable of accommodating an electrolyte member, and equal supply of gas and uniform temperature gradient in the fuel cell container. The present invention provides a fuel cell container and a fuel cell and an electronic device using the same.
도1은, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a fuel cell container of the present invention and a fuel cell using the same.
도2는, 도1의 연료전지용 용기에 있어서 주요부의 확대도이다.FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the fuel cell container of FIG.
도3은, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 다 른 형태를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing another embodiment of a fuel cell container of the present invention and a fuel cell using the same.
도4는, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 또 다른 형태를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the fuel cell container of the present invention and a fuel cell using the same.
도5는, 종래의 연료전지의 구성을 나타낸 단면도이다.5 is a sectional view showing the structure of a conventional fuel cell.
본 발명은 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재를 수용하는 오목부를 한쪽면에 갖는 세라믹으로 이루어진 기체와,The present invention provides a gas comprising a ceramic having a concave portion on one side for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on one and the other main surface, respectively;
상기 전해질부재의 상기 한쪽 주면에 대향하는 상기 오목부의 저면에서 상기 기체의 외면에 걸쳐 형성된 제1 유체유로와,A first fluid passage formed over the outer surface of the gas at the bottom of the concave portion facing the one main surface of the electrolyte member;
일단이 상기 전해질부재의 상기 제1 전극에 대향하는 상기 오목부의 저면에 설치되고, 타단이 상기 기체의 외면으로 도출된 제1 배선도체와,A first wiring conductor, one end of which is provided on the bottom of the recess facing the first electrode of the electrolyte member, the other end of which is led to the outer surface of the base;
상기 기체의 상기 오목부 주위의 한쪽면에 상기 오목부를 덮어 장착되는, 상기 오목부를 기밀하게 밀봉하는 덮개체와,A cover body for hermetically sealing the recessed portion that covers the recessed portion and is mounted on one surface around the recessed portion of the base;
상기 전해질부재의 상기 다른쪽 주면에 대향하는 상기 덮개체의 한쪽면에서 상기 덮개체의 외면에 걸쳐 형성된 제2 유체유로와,A second fluid passage formed from one side of the lid body opposite to the other main surface of the electrolyte member over the outer surface of the lid body;
일단이 상기 전해질부재의 상기 제2 전극에 대향하는 상기 덮개체의 한쪽면에 설치되고, 타단이 상기 덮개체의 외면으로 도출된 제2 배선유체를 포함하고,One end of which is provided on one side of the lid opposing the second electrode of the electrolyte member, and the other end includes a second wiring fluid led to an outer surface of the lid,
상기 제1 전극과 상기 기체의 접촉부 및 상기 제2 전극과 상기 덮개체의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기이다.A groove is formed in at least one of a contact portion between the first electrode and the base and a contact portion between the second electrode and the lid.
본 발명에 있어서, 상기 제1 유체유로 및 제2 유체유로 중, 적어도 한쪽 내벽에 흡습재가 피착되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a moisture absorbent is deposited on at least one inner wall of the first fluid passage and the second fluid passage.
본 발명에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는, 굽힘 강도가 200MPa이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the base and the cover body have a bending strength of 200 MPa or more.
본 발명에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 상대밀도가 90% 이상의 산화알루미늄질 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the base and the cover is characterized in that the relative density is made of an aluminum oxide sintered body of 90% or more.
본 발명에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 두께가 0.2 ~ 5㎜인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the base and the cover is characterized in that the thickness of 0.2 ~ 5mm.
본 발명에 있어서 상기 제1 배선도체는, 상기 기체의 오목부의 저면으로부터 10㎛이상 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In this invention, the said 1st wiring conductor is formed so that it may protrude 10 micrometers or more from the bottom face of the recessed part of the said base body.
본 발명에 있어서, 상기 제2 배선도체는 상기 덮개체의 한쪽면으로부터 10㎛이상 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the second wiring conductor is formed to protrude 10 µm or more from one surface of the lid.
본 발명에 있어서, 상기 홈은 깊이가 50~ 100㎛인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the groove is characterized in that the depth of 50 ~ 100㎛.
본 발명에 있어서, 상기 홈은, 상기 제1 유체유로 및 제2 유체유로에 노출되지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the groove is formed so as not to be exposed to the first fluid passage and the second fluid passage.
본 발명은, 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재와,The present invention provides an electrolyte member having first and second electrodes on one and the other main surface, respectively,
상기 연료전지용 용기를 포함하고,Including the container for the fuel cell,
상기 연료전지용 용기의 오목부에 상기 전해질부재를 수용하여, 상기 전해질부재의 상기 한쪽 및 다른쪽 주면을, 상기 한쪽 주면과 상기 제1 유체유로 사이에서 그리고 상기 다른쪽 주면과 상기 제2 유체유로 사이에서, 각각의 유체가 교환 가능하도록 배치함과 아울러, 상기 제1 전극을 상기 제1 배선도체에 전기적으로 접속하고, 상기 제2 전극을 상기 제2 배선도체에 전기적으로 접속하고, 상기 기체의 상기 오목부의 주위의 한쪽면에 상기 오목부를 덮어 상기 덮개체를 장착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지이다.The electrolyte member is accommodated in the concave portion of the container for the fuel cell so that the one and the other main surfaces of the electrolyte member are interposed between the one main surface and the first fluid passage and between the other main surface and the second fluid passage. Wherein each fluid is arranged to be interchangeable, the first electrode is electrically connected to the first wiring conductor, the second electrode is electrically connected to the second wiring conductor, and the The fuel cell is characterized by covering the recess on one side of the recess and attaching the lid.
본 발명은, 상기의 연료전지를 전원으로서 사용하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기이다.The present invention is an electronic apparatus characterized by using the fuel cell as a power source.
본 발명에 따르면, 연료전지용 용기는 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재를 수용하는 오목부를 한쪽면측에 갖는 세라믹으로 이루어지는 기체와, 이 기체의 오목부의 주위의 윗면에 오목부를 덮어 장착되는, 오목부를 기밀하게 밀봉하는 덮개체를 구비하고 있다. 따라서, 연료전지용 용기내를 기밀하게 밀봉함으로써, 기체 등의 유체의 누출이 없고, 이 용기 이외의 팻키지 등의 용기를 설치할 필요가 없기 때문에 효율 좋게 동작시킬 수 있는 연료전지를 얻을 수 있음과 아울러, 소형화에도 유효한 것이 된다. 또 오목부를 윗면에 갖는 세라믹으로 이루어지는 기체와 이 오목부를 밀봉하는 덮개체로 형성되는 케이스내에 전해질부재를 수납하여 연료전지로 하는 것이 가능하기 때문에, 전해질부재가 용기의 외부에 노출되어 손상을 입게 되거나 하지 않고, 연료전지 전체로서의 기계적 신뢰성이 향상된다. 또 오목부 및 덮개체로 구성되는 용기 내부에 일단이 설치된 제1 및 제2 배선도체 외에는 전해질부재 자체에 무용의 전기적 접속을 하지 않아도 되므로, 신뢰성 및 안정성이 높은 연료전지를 얻을 수 있다. 또한, 연료전지용 용기의 구성재료로서 세라믹을 이용한 것에 의해, 각종 가스를 비롯한 유체에 대한 내식성이 뛰어난 연료전지를 얻을 수 있다.According to the present invention, a fuel cell container is provided with a base made of ceramic having a recess on one side thereof and having a recess for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on one and the other main surface, respectively, and on an upper surface around the recess of the base. The cover body which seals and mounts a recessed part is hermetically sealed. Therefore, by hermetically sealing the inside of the fuel cell container, there is no leakage of fluid such as gas, and there is no need to provide a container such as a package other than this container, so that a fuel cell capable of operating efficiently can be obtained. It is also effective for miniaturization. In addition, since the electrolyte member can be housed in a case formed of a base made of ceramic having a recess on the upper surface and a cover body sealing the recess, the electrolyte member can be exposed to the outside of the container and be damaged. The mechanical reliability of the fuel cell as a whole is improved. In addition, since only the first and second wiring conductors, one end of which is provided inside the container constituted by the concave portion and the lid, do not need to be electrically connected to the electrolyte member itself, a fuel cell having high reliability and stability can be obtained. In addition, by using ceramic as a constituent material of the fuel cell container, a fuel cell excellent in corrosion resistance to fluids including various gases can be obtained.
또, 연료전지용 용기는 전해질부재의 한쪽 주면에 대향하는 오목부의 저면에서 기체의 외면에 걸쳐 형성된 제1 유체유로와, 전해질부재의 다른쪽 주면에 대향하는 덮개체의 하면에서 덮개체의 외면에 걸쳐 형성된 제2 유체유로를 구비하고 있다. 따라서 복수의 각각의 유체유로는 전해질부재에 대하여 각각 대향하는 내벽면에 형성되어 있기 때문에, 전해질부재로 공급되는 유체의 균일공급성을 향상시킬 수 있다. 이러한 유체유로에 의하면, 유체가 전해질부재에 대하여 수직으로 흐르기 때문에, 예를 들면 유체가 수소가스와 공기(산소)가스의 경우에, 전해질부재가 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 갖는 제1 및 제2전극에 공급되는 각 가스 분압이 내려가는 일 없이, 소정의 안정된 출력 전압을 얻을 수 있다라는 효과가 있다. 또한, 공급되는 유체의 압력, 예를 들면 가스 분압이 안정되기 때문에, 연료전지용 용기의 내부온도의 분포가 균일화되어, 그 결과 전해질부재에 생기는 열응력을 억제할 수 있고, 연료전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각각의 유체유로는 기체와 덮개체에 형성된다. 따라서 각 유로의 밀폐성이 뛰어나고, 본래는 유로적으로 떨어져 있어야 할 2종류의 원료유체(예를 들면 산소가스와 수소가스 혹은 메탄올 등)가 혼합되어 버리는 것에 의해 연료전지로서의 기능이 발현되지 않게 되거나 하지 않고, 또 가연성의 유체가 고온에서 혼합된 후에 인화, 폭발을 일으킬 위험성도 없기 때문에, 안전한 연료전지를 제공할 수 있다.The fuel cell container further includes a first fluid flow path formed over the outer surface of the gas at the bottom of the concave portion facing one main surface of the electrolyte member, and over the outer surface of the lid at the lower surface of the cover body opposite the other main surface of the electrolyte member. A second fluid flow path is formed. Therefore, since each of the plurality of fluid flow paths is formed on the inner wall surface respectively facing the electrolyte member, the uniform supplyability of the fluid supplied to the electrolyte member can be improved. According to this fluid flow path, since the fluid flows perpendicularly to the electrolyte member, for example, in the case of the fluid being hydrogen gas and air (oxygen) gas, the first and second electrolyte bodies each have one and the other main surface. There is an effect that a predetermined stable output voltage can be obtained without lowering the partial pressure of each gas supplied to the electrode. In addition, 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 uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member can be suppressed, thereby improving the reliability of the fuel cell. You can. In addition, each fluid flow path is formed in the gas and the cover body. Therefore, the airtightness of each flow path is excellent, and two kinds of raw material fluids (for example, oxygen gas, hydrogen gas or methanol, etc.), which should be separated from each other in the flow path, are mixed so that the function as a fuel cell is not expressed. In addition, since there is no risk of ignition or explosion after the combustible fluid is mixed at a high temperature, a safe fuel cell can be provided.
그리고 본 발명에 있어서는, 제1 전극과 기체의 접촉부 또는 제2 전극과 덮개체의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈이 형성되어 있기 때문에, 전해질부재의 제2 전극과 제1 배선도체의 접촉면적, 또는 제2 전극과 제2 배선도체의 접촉면적이 증가한다. 이것에 의해, 전해질부재에서 발전된 전류를 연료전지용 용기의 외부에서 빼내기 위한 도전로로서 기능하는 제1 배선도체 또는 제2 배선도체의 전기저항이 내려가 발전효율이 높아진다는 작용효과를 갖는다.In the present invention, since a groove is formed in at least one of the contact portion between the first electrode and the gas or the contact portion between the second electrode and the lid, the contact area between the second electrode of the electrolyte member and the first wiring conductor, or The contact area of the second electrode and the second wiring conductor is increased. This has the effect of lowering the electrical resistance of the first wiring conductor or the second wiring conductor, which serves as a conductive path for drawing the electric current generated by the electrolyte member from the outside of the fuel cell container, thereby increasing the power generation efficiency.
또, 본 발명의 연료전지 용기는, 바람직하게는 제1 유체유로 및 제2 유체유로 중, 적어도 한쪽의 내벽에 흡습재가 피착되어 있다. 따라서, 전해질부재에 있어서 전기화학반응으로 생성된 수증기나 물 등을 흡습재에 의해 흡습하기 때문에, 공기 유로의 막힘을 방지하고, 대기중에서 산화제가스로서의 공기를 효과적으로 공급할 수 있다. 이 때문에 전기반응을 촉진할 수 있으며, 고효율적인 발전을 행할 수 있는 작용효과를 가진다.In the fuel cell container of the present invention, preferably, a moisture absorbent is deposited on at least one inner wall of the first fluid passage and the second fluid passage. Therefore, in the electrolyte member, water vapor, water, and the like generated by the electrochemical reaction are absorbed by the absorbent material, thereby preventing the air passage from clogging and effectively supplying air as an oxidant gas in the atmosphere. For this reason, it is possible to promote the electrical reaction, and has an effect of generating high efficiency.
본 발명에 따르면, 연료전지는, 상기의 연료전지용 용기의 오목부에 상기 전해질부재를 수용하여, 이 전해질부재의 한쪽 및 다른쪽 주면을, 한쪽 주면과 상기제1 유체유로 사이에서 그리고 다른쪽 주면과 제2 유체유로 사이에서, 각각의 유체가 교환가능하도록 배치함과 아울러, 제1 전극을 제1 배선도체에 전기적으로 접속하고, 제2 전극을 제2 배선도체에 전기적으로 접속하여, 기체의 오목부의 주위의 한쪽면에 오목부를 덮어 덮개체를 부착하여 이루어진다. 따라서 이상과 같은 본발명의 연료전지용 용기에 의한 특징을 구비한 소형이며, 견뢰하고, 가스의 균등공급, 연료전지용 용기내의 온도차의 균일화, 고효율적인 전기접속을 이룰 수 있으며, 신뢰성 있는 연료전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, a fuel cell accommodates the electrolyte member in the concave portion of the container for fuel cells so that one and the other main surface of the electrolyte member are interposed between one main surface and the first fluid passage and the other main surface. Between the and the second fluid flow paths, the respective fluids are arranged to be exchangeable, the first electrode is electrically connected to the first wiring conductor, the second electrode is electrically connected to the second wiring conductor, and the The cover is formed by covering the recess on one side of the recess. Therefore, the fuel cell container of the present invention has a small size, and is robust and equally supplied, the temperature difference in the fuel cell container can be uniformed, and high efficiency electrical connection can be achieved, providing a reliable fuel cell. can do.
따라서, 본 발명의 연료전지용 용기 및 연료전지에 따르면, 콤팩트성, 간편성, 안정성이 뛰어나고, 유체의 균등공급, 고효율적인 전기접속에 의해, 장기간에 걸쳐 안정되게 작동시킬 수 있는 연료전지를 제공할 수 있다.Therefore, according to the fuel cell container and fuel cell of the present invention, it is possible to provide a fuel cell which is excellent in compactness, simplicity and stability, and can be stably operated for a long time by equal supply of fluid and high efficiency electrical connection. have.
본 발명에 따르면, 본 발명의 연료전지를 전자기기의 전원으로서 이용하는 것에 의해, 콤팩트성, 간편성 및 안정성이 뛰어나고, 유체의 균등공급 및 고효율적인 전기접속이 가능하게 되기 때문에, 전자기기를 소형, 저배이며, 또한 장기간에 걸쳐 안정되게 동작시킬 수 있으며 또한, 안정성이나 편리성이 뛰어난 것을 특징으로 한다.According to the present invention, by using the fuel cell of the present invention as a power source for an electronic device, compactness, simplicity and stability are excellent, and even supply of fluid and high efficiency electrical connection are possible. In addition, it can be stably operated for a long time, and is characterized by excellent stability and convenience.
본 발명의 연료전지용 용기 및 연료전지에 대한 것을 첨부도면에 기초하여 이하에 상세하게 설명한다. 도1은, 본 발명의 연료전지용 용기를 이용한 연료전지에 대해서 실시 형태의 일례를 나타낸 단면도이며, 도2는, 도1에 있어서 주요부 확대도이다. 이들 도에 있어서, 도면부호 1은 연료전지, 도면부호 2는 연료전지용 용기, 도면부호 3은 전해질부재, 도면부호 4는 제1전극, 도면부호 5는 제2전극, 도면부호 6은 기체, 도면부호 7은 덮개체, 도면부호 8은 제1 유체유로, 도면부호 9는 제2 유체유로, 도면부호 10은 제1 배선도체, 도면부호 11은 제2 배선도체, 도면부호 12는 홈이다.The fuel cell container and fuel cell of the present invention will be described in detail below based on the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell using the fuel cell container of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part in FIG. In these figures, reference numeral 1 denotes a fuel cell, reference numeral 2 denotes a fuel cell container, reference numeral 3 denotes an electrolyte member, reference numeral 4 denotes a first electrode, reference numeral 5 denotes a second electrode, reference numeral 6 denotes a gas, and a reference numeral. Reference numeral 7 denotes a cover, reference numeral 8 denotes a first fluid passage, reference numeral 9 denotes a second fluid passage, reference numeral 10 denotes a first wiring conductor, reference numeral 11 denotes a second wiring conductor, and reference numeral 12 denotes a groove.
또, 도1은 홈(12)이 제2 전극(5)과 덮개체(7)의 각 접촉부에 하나씩 형성된 연료전지를 나타내고, 도2는 홈(12)이 제2전극(5)과 덮개체(7)의 각 접촉부에 세개씩 형성된 연료전지를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows a fuel cell in which grooves 12 are formed at the contact portions of the second electrode 5 and the lid 7 one by one. FIG. 2 shows grooves 12 having the second electrode 5 and lid body. 3 shows fuel cells formed in three contact portions.
전해질부재(3)는, 예를 들면, 이온 도전막(교환막)의 양 주면상에, 애노드측 전극이 되는 연료극(도시없음)과, 캐소드측 전극이 되는 공기극(도시없음)이 각각 일체적으로 형성되어 있다. 전해질부재(3)의 한쪽 주면인 하측 주면에는 제1전극(4)이 형성된다. 전해질부재(3)의 다른쪽 주면인 상측 주면에는 제2전극(5)이 형성된다. 그리고 전해질부재(3)에서 발전된 전류를 제1전극, 제2전극으로 흘려, 외부로 빼내는 것이 가능하게 되어 있다.The electrolyte member 3 includes, for example, a fuel electrode (not shown) serving as an anode side electrode and an air electrode (not shown) serving as a cathode side electrode integrally on both main surfaces of the ion conductive film (exchange membrane). Formed. The first electrode 4 is formed on the lower main surface, which is one main surface of the electrolyte member 3. The second electrode 5 is formed on the upper main surface, which is the other main surface of the electrolyte member 3. Then, the current generated in the electrolyte member 3 flows to the first electrode and the second electrode, and can be taken out to the outside.
이러한 전해질부재(3)의 이온도전막(교환막)은, 퍼플루오로카본슬폰산지방, 예를 들면 「나피온」(상품명, 듀폰사 제품) 등의 프로톤전도성 이온교환지방에 의해 구성되어 있다. 또, 연료극 및 공기극은 다공질상태의 가스확산전극이며, 다공질촉매층과 가스확산층의 양쪽의 기능을 겸하여 구비된 것이다. 이들 연료극 및 공기극은 백금, 팔라듐 혹은 이들의 합금 등의 촉매를 담지한 도전성 미립자, 예를 들면 카본미립자를 폴리테트라플루오로에틸렌 같은 소수성 지방결합제에 의해 유지된 다공질체에 의해 구성되어 있다.The ion conductive membrane (exchange membrane) of the electrolyte member 3 is made of perfluorocarbon sulfonic acid fat, for example, proton conductive ion exchange fat such as "Nafion" (trade name, manufactured by DuPont). The anode and the cathode are gas diffusion electrodes in a porous state, and serve as both a porous catalyst layer and a gas diffusion layer. These anodes and cathodes are composed of a conductive fine particle carrying a catalyst such as platinum, palladium, or an alloy thereof, for example, a porous body in which carbon fine particles are held by a hydrophobic fatty binder such as polytetrafluoroethylene.
전해질부재(3)의 하측 주면의 제1 전극(4)및 상측 주면의 제2 전극(5)은, 백금이나 백금-루테늄 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극을 전해질부재(3) 상에 핫프레스하는 방법, 또는 백금이나 백금-루테늄 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극재료와 전해질재료를 분산한 용액과의 혼합물을 전해질부재(3) 상에 도포 또는 전사하는 방법 등에 의해 형성된다.The first electrode 4 on the lower main surface of the electrolyte member 3 and the second electrode 5 on the upper main surface of the electrolyte member 3 hot carbon electrodes having catalyst particles such as platinum or platinum-ruthenium on the electrolyte member 3. Or 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 the electrolyte material is dispersed is applied or transferred onto the electrolyte member 3.
연료전지용 용기(2)는, 오목부를 갖는 기체(6)와 덮개체(7)로 구성된다. 연료전지용 용기(2)는, 전해질부재(3)를 오목부의 내부에 탑재하여 기밀하게 밀봉하는 역할을 갖고, 산화알루미늄(Al2O3)질 소결체, 멀라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2)질 소결체, 탄화규소(SiC)질 소결체, 질화알루미늄(AlN)질 소결체, 질화규소(Si3N4)질 소결체, 유리세라믹소결체 등의 세라믹재료로 형성되어 있다.The fuel cell container 2 is composed of a base 6 and a lid 7 having recesses. The fuel cell container 2 mounts the electrolyte member 3 inside the recess and seals hermetically, and has an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) quality sintered body and a mullite (3Al 2 O 3 ㆍ 2SiO 2 ). It is formed of ceramic materials such as nitride sintered body, silicon carbide (SiC) nitride sintered body, aluminum nitride (AlN) nitride sintered body, silicon nitride (Si 3 N 4 ) nitride sintered body, and glass ceramic sintered body.
또, 유리세라믹소결체는 유리성분과 필러성분으로 이루어지지만, 유리 성분으로서는 예를 들면, SiO2- B2O3계, SiO2- B2O3- Al2O3계, SiO2- B2O3- Al2O3- MO계(단, M은 Ca,Sr,Mg,Ba 또는 Zn을 나타냄), SiO2- Al2O3- M1O -M2O계(단, M1및 M2는 동일 또는 다르고 Ca,Sr,Mg,Ba 또는 Zn을 나타냄), SiO2- B2O3- Al2O3- M1O -M2O계(단, M1및 M2는 상기와 같음), SiO2- B2O3- M3 2O계(단, M3는 Li,Na 또는 K를 나타냄), SiO2- B2O3- Al2O3- M3 2O계(단, M3는 상기와 같음), Pb계 유리, Bi계 유리 등을 들 수 있다.Also, a glass ceramic sintered body, for example as, but made of a glass component and a filler component, glass component, SiO 2 - B 2 O 3 based, SiO 2 - B 2 O 3 - Al 2 O 3 based, SiO 2 - B 2 O 3 -Al 2 O 3 -MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 -Al 2 O 3 -M 1 O -M 2 O system (wherein M 1 and M 2 is the same or different and represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn, SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -M 1 O -M 2 O-based, provided that M 1 and M 2 are ), SiO 2 -B 2 O 3 -M 3 2 O system (wherein M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -M 3 2 O (However, M 3 is the same as above), Pb-based glass, Bi-based glass and the like.
또, 필러성분으로서는 예를 들면, Al2O3, SiO2, ZrO2와 알카리 토류금속산화물과의 복합산화물, TiO2와 알카리 토류금속산화물과의 복합산화물 Al2O3및 SiO2에서 선택되어진 적어도 1종을 함유하는 복합산화물(예를 들면, 스피넬, 멀라이트, 코지라이트) 등을 들 수 있다.As the filler component, for example, a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, and a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide Al 2 O 3 and SiO 2 may be selected. And complex oxides containing at least one species (for example, spinel, mullite, kojilite) and the like.
연료전지용 용기(2)는, 오목부를 갖는 기체(6)와 덮개체(7)로 구성되고, 기체(6)의 오목부의 주위에 오목부를 덮어서 덮개체(7)를 장착하는 것에 의해 오목부를 기밀하게 밀봉한다. 이 때문에, 땜납이나 은납 등의 금속접합재료에의한, 접합, 에폭시 등의 수지재료에의한 접합, 오목부의 주위의 상면에 접합금 등으로 만들어진 시일링 등을 접합하여 심웰드(seam weld)나 일렉트론빔(electron beam)이나 레이저 등으로 용접하는 방법 등에 의해서, 덮개체(7)가 기체(6)에 장착된다. 또 덮개체(7)에도 기체(6)와 같은 오목부를 형성해 두어도 좋다.The fuel cell container 2 is composed of a base 6 and a lid 7 having recesses, and the recesses are hermetically sealed by attaching the lid 7 by covering the recesses around the recesses of the base 6. Seal. For this reason, seam welding is performed by joining with a metal bonding material such as solder or silver lead, joining with a resin material such as epoxy, sealing rings made of a joining metal, etc. on the upper surface around the recess. The lid 7 is attached to the base 6 by a method such as welding with a electron beam, a laser, or the like. Moreover, you may form the recessed part like the base body 6 in the cover body 7. As shown in FIG.
기체(6) 및 덮개체(7)는, 각각 두께를 얇게 하고, 연료전지(1)의 저배화를가능하게 하기 위해서는, 기계적 강도인 굽힘강도가 200MPa이상인것이 바람직하다.The base 6 and the lid 7 are each preferably thin in thickness and 200 MPa or more in order to enable a low thickness of the fuel cell 1 and to make the fuel cell 1 low.
기체(6) 및 덮개체(7)는, 예를 들면, 상대밀도가 90%이상의 치밀질로 구성된 산화알루미늄질 소결체로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면, 우선 산화알루미늄 분말에 희토류산화물 분말이나 소결조제를 첨가하여 혼합하고, 산화알루미늄질 소결체의 원료분말을 조정한다. 다음으로, 이 산화 알루미늄질 소결체의 원료분말에 유기바인더 및 분산매를 첨가, 혼합하여 페이스트화하고, 이 페이스트에서 닥터블레이드법에 의해, 혹은 원료분말에 유기바인더를 첨가해서, 프레스 성형, 압연성형 등에 의해 소정의 두께의 세라믹 그린시트(이하 그린시트로라고도 함)를 제작한다. 그리고 이 그린시트에 대하여, 금형에 의한 펀칭법, 마이크로 드릴에 의한 천공법, 레이저 광조사에 의한 천공법 등에 의해, 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)로서의 관통구멍과 제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)를 설치하기 위한 관통구멍을 형성한다.The base 6 and the lid 7 are preferably formed of, for example, an aluminum oxide sintered body composed of dense material having a relative density of 90% or more. In this case, for example, first, the rare earth oxide powder or the sintering aid is added to the aluminum oxide powder, mixed, and the raw powder of the aluminum oxide sintered body is adjusted. Next, an organic binder and a dispersion medium are added to the raw material powder of the aluminum oxide sintered compact, mixed and pasted, and the paste is formed by a doctor blade method or an organic binder is added to the raw material powder, followed by press molding, rolling molding, or the like. Thereby producing a ceramic green sheet (hereinafter referred to as green sheet) of a predetermined thickness. The green sheet is formed of a through hole as the first fluid channel 8 and the second fluid channel 9 by a punching method using a mold, a drilling method using a micro drill, a drilling method using laser light irradiation, or the like. 1 Through-holes for forming the wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are formed.
제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)는 산화를 방지하기 위해, 텅스텐/ 또는 몰리브덴으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면 무기성분으로서 텅스텐 및/또는 몰리브덴분말 100질량부에 대하여 Al2O3를 3 ~ 20질량부, Nb2O5를 0.5 ~ 5질량부의 배율로 첨가하여 이루어지는 도체페이스트를 조제한다. 이 도체페이스트를 그린시트의 관통구멍 내에 충전하여 관통도체로서의 비아도체(Via Conductor)를 형성한다.The first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are preferably formed of tungsten / or molybdenum in order to prevent oxidation. In this case, for example, a conductive paste prepared by adding 3 to 20 parts by mass of Al 2 O 3 and 0.5 to 5 parts by mass of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by mass of tungsten and / or molybdenum powder as an inorganic component is prepared. do. This conductor paste is filled into the through holes of the green sheet to form a via conductor as a through conductor.
이들 도체페이스트 중에는, 기체(6)나 덮개체(7)의 세라믹과의 밀착성을 높이기 위해, 산화알루미늄분말이나, 기체(6)나 덮개체(7)를 형성하는 세라믹성분과 동일한 조성물분말을 예를 들면 0.05 ~ 2체적%의 비율로 첨가하는 것도 가능한다.In these conductor pastes, in order to improve the adhesiveness of the base body 6 and the cover body 7 with the ceramic, the composition powder similar to the aluminum oxide powder and the ceramic component which forms the base body 6 and the cover body 7 is illustrated, for example. For example, it is also possible to add in the ratio of 0.05-2 volume%.
또 기체(6)나 덮개체(7)의 표층 및 내측에서의 제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)의 형성은 이하와 같다. 관통구멍에의 도체페이스트를 충전하여 비아도체를 형성하는 전후, 혹은 그것과 동시에, 같은 도체페이스트를 그린시트에 대하여 스크린 인쇄, 그라비아인쇄 등의 방법으로 소정의 패턴으로 인쇄 도포하여 형성한다.In addition, formation of the 1st wiring conductor 10 and the 2nd wiring conductor 11 in the surface layer and the inner side of the base body 6 and the cover body 7 is as follows. Before and after forming the via conductor by filling the through paste in the through hole, or at the same time, the same conductor paste is formed by printing and coating the green sheet in a predetermined pattern by a method such as screen printing or gravure printing.
그후, 도체페이스트를 인쇄하고 충전한 소정 매수의 시트상 성형체를 위치를 맞춰서 적층압착한 후, 이 그린시트 적층체를 예를 들면, 비산화성 분위기 중에서 소성 최고온고가 1200 ~ 1500℃의 온도에서 소성한다. 이것에 의해 목적으로 하는 세라믹의 기체(6)나 덮개체(7) 및 제1 배선도체(10), 제2 배선도체(11)를 얻는다.Subsequently, after laminating and compressing a predetermined number of sheet-shaped molded bodies printed and filled with conductor paste in position, the green sheet laminated body is fired at a temperature of 1200 to 1500 ° C., for example, in a non-oxidizing atmosphere. do. Thereby, the base body 6, the lid | cover 7, the 1st wiring conductor 10, and the 2nd wiring conductor 11 of the target ceramic are obtained.
또 세라믹으로 구성된 기체(6)나 덮개체(7)는 그 두께를 0.2mm이상으로 하는 것이 바람직하다. 두께가 0.2mm미만에서는, 강도가 저하되어 버리기 때문에, 기체(6)에 덮개체(7)를 장착했을 때에 발생하는 응력에 의해, 기체(6) 및 덮개체(7)에 갈라짐 등이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 한편, 두께가 5mm를 넘으면, 박형화, 저배화가 곤란해지기 때문에, 소형 휴대기기에 탑재하는 연료전지로서는 부적절하게 되고, 또 열용량이 커지기 때문에, 전해질부재(3)의 전기화학반응 조건에 맞는 적절한 온도로 빠르게 설정하는 것이 곤란해지는 경향이 있다.Moreover, it is preferable that the base body 6 and the cover body 7 which consist of ceramics make the thickness 0.2 mm or more. If the thickness is less than 0.2 mm, the strength decreases, so that cracking or the like occurs in the base 6 and the lid 7 due to the stress generated when the lid 7 is attached to the base 6. Tends to be easy. On the other hand, if the thickness is more than 5 mm, thinning and low magnification become difficult, and therefore, it is unsuitable as a fuel cell to be mounted in a small portable device, and the heat capacity is increased. Therefore, it is suitable for the electrochemical reaction conditions of the electrolyte member 3. It tends to be difficult to set the temperature quickly.
제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)는, 각각 전해질부재(3)의 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 전기적으로 접속되어, 전해질부재(3)에서 발전된 전류를 연료전지용 용기(2)의 외부로 빼내기 위한 도전로로서의 기능을 한다.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, to generate power from the electrolyte member 3. It serves as a conductive path for drawing current out of the fuel cell container 2.
제1 배선도체(10)는 기체(6)의 오목부의 저면의 전해질부재(3)의 제1 전극(4)에 대향하는 부위에 일단이 설치되고, 타단이 기체(6)의 외면으로 도출되어 형성되어 있다. 이러한 제1 배선도체(10)는, 상기했듯이 기체(6)와 일체적으로 형성되어, 제1 배선도체(10)를 제1 전극(4)에 접촉시키기 쉽도록 기체(6)의 오목부의 저면에서, 10㎛이상 돌출하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 돌출높이를 얻기 위해서는, 상기했듯이 도체페이스트를 인쇄도포하여 형성할 때, 인쇄조건을 두껍게 하도록 설정하면 좋다. 또 제1 배선도체(10)는 제1 전극(4)에 대향시켜 복수배치하고, 제1 배선도체(10)에 의한 전기손실을 감소시키는 것이 바람직하고, 제1 배선도체(10)의 기체(6)의 관통부에 대해서는 50㎛이상의 직경으로 하는 것이 바람직하다.One end of the first wiring conductor 10 is provided at a portion of the bottom surface of the concave portion of the base 6 opposite to the first electrode 4 of the electrolyte member 3, and the other end thereof is led to the outer surface of the base 6. Formed. As described above, the first wiring conductor 10 is formed integrally with the base 6, so that the bottom surface of the concave portion of the base 6 is easy to contact the first wiring conductor 10 with the first electrode 4. In, it is preferable to form so as to protrude more than 10㎛. In order to obtain this protrusion height, as described above, it is sufficient to set the printing conditions to be thick when the conductor paste is formed by printing coating. In addition, the first wiring conductor 10 is disposed to face the first electrode 4 in plural, and the electrical loss caused by the first wiring conductor 10 is preferably reduced. It is preferable to set it as the diameter of 50 micrometers or more about the penetration part of 6).
또, 제2 배선도체(11)는, 덮개체(7)의 한쪽면인 하면의 전해질부재(3)의 제2 전극(5)에 대향하는 부위에 일단이 설치되고, 타단이 덮개체(7)의 외면으로 도출되어 형성되어 있다. 이러한 제2 배선도체(11)도, 제1 배선도체(10)와 같이, 덮개체(7)와 일체적으로 형성되어, 제2 배선도체(11)를 제2 전극(5)에 접촉시키기 쉽도록 덮개체(7)의 저면에서 10㎛이상 돌출하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 돌출높이를 얻기 위해서는 상기했듯이 도체페이스트를 인쇄도포하여 형성할 때 인쇄조건을 두껍게 하도록 설정하면 좋다. 또 제2 배선도체(11)는 제2 전극(5)에 대향시켜 복수배치하고, 제2 배선도체(11)에 의한 전기손실을 감소시키는 것이 바람직하고, 제2 배선도체(11)의 덮개체(7)의 관통부에 대해서는 50㎛이상의 직경으로 하는 것이 바람직하다.In addition, one end of the second wiring conductor 11 is disposed at a portion of the second wiring conductor 11 opposite to the second electrode 5 of the electrolyte member 3 on one side of the lid 7, and the other end thereof is the lid 7. Is derived from the outer surface of the Like the first wiring conductor 10, the second wiring conductor 11 is also formed integrally with the lid 7, so that the second wiring conductor 11 is easily in contact with the second electrode 5. In order to protrude from the bottom of the lid 7 so as to protrude 10 µm or more. In order to obtain this protrusion height, the printing conditions may be set to be thick when the conductor paste is formed by printing coating. In addition, the second wiring conductor 11 is disposed to face the second electrode 5 in plural, and the electrical loss caused by the second wiring conductor 11 is preferably reduced, and the lid of the second wiring conductor 11 is provided. It is preferable to set it as the diameter of 50 micrometers or more about the penetration part of (7).
이들 제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)에는, 그 노출되는 표면에 니켈로 이루어진 도전성이 양호하고, 내식성 및 납재와의 습윤성이 양호한 금속을 도금법에 의해 피착시켜 두는 것이 좋다. 이것에 의해 제1 배선도체(10)및 제2 배선도체(11)와 제1 배선도체(10), 제2 배선도체(11)및 외부 전기회로와의 전기적 접속을 양호하게 할 수 있다.These first wiring conductors 10 and 11 are preferably coated with a metal having good electroconductivity made of nickel on the exposed surface thereof and good corrosion resistance and wettability with the brazing material by the plating method. Thereby, the electrical connection with the 1st wiring conductor 10 and the 2nd wiring conductor 11, the 1st wiring conductor 10, the 2nd wiring conductor 11, and an external electric circuit can be made favorable.
그리고, 제1 배선도체(10)와 제1 전극(4)의 전기적 접속 및 제2 배선도체(11)와 제2 전극(5)의 전기적인 접속은, 기체(6)와 덮개체(7)로 전해질부재(3)를 끼워넣는 것에 의해, 제1 배선도체(10)와 제1전극(4) 및 제2 배선도체(11)와 제2 전극(5)을 각각 압착접촉시켜서 전기적 접속시키는 등의 수단에 의해 행하면 좋다.The electrical connection between the first wiring conductor 10 and the first electrode 4 and the electrical connection between the second wiring conductor 11 and the second electrode 5 are based on the base 6 and the lid 7. By inserting the electrolyte member 3 into the furnace, the first wiring conductor 10, the first electrode 4, and the second wiring conductor 11 and the second electrode 5 are each brought into pressure contact with each other for electrical connection. It may be carried out by means of.
또 제1 전극(4)에 대향하는 기체(6)의 오목부의 저면에서 기체(6)의 외면에 걸쳐 제1 유체유로(8)가 형성된다. 제2 전극(5)에 대향하는 덮개체(7)의 하면에서 덮개체(7)의 외면에 걸쳐, 제2 유체유로(9)가 형성된다. 이들 제1 및 제2 유체유로(8, 9)는 각각 기체(6) 및 덮개체(7)에 형성된 관통구멍 혹은 홈에 의해 수소가 풍부한 개질가스 등의 연료가스, 또는 공기 등의 산화제가스의 전해질부재(3)로 공급되는 유체의 통로로서 혹은 반응으로 생성되는 물 등의, 반응 후에 전해질부재(3)로부터 배출되는 유체의 유로로서 형성된다.Further, a first fluid passage 8 is formed over the outer surface of the base 6 at the bottom of the recess of the base 6 opposite to the first electrode 4. A second fluid passage 9 is formed from the lower surface of the lid 7 opposite to the second electrode 5 to the outer surface of the lid 7. These first and second fluid flow paths 8 and 9 are formed of a fuel gas such as reformed gas rich in hydrogen or an oxidant gas such as air by means of through holes or grooves formed in the gas 6 and the cover 7, respectively. It is formed as a passage of the fluid to be discharged from the electrolyte member 3 after the reaction, such as a passage of the fluid supplied to the electrolyte member 3 or water generated by the reaction.
제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)로서 기체(6) 및 덮개체(7)에 형성되는 관통구멍 혹은 홈은, 전해질부재(3)에 균등하게 연료가스나 산화제가스 등의 유체가 공급되도록, 연료전지(1)의 사양에 따라, 관통구멍의 지름이나 수, 혹은 홈의폭, 깊이, 배치를 정하면 좋다.The through-holes or grooves formed in the gas 6 and the lid 7 as the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9 are equal to the electrolyte member 3 such as fuel gas or oxidant gas. What is necessary is just to determine the diameter and number of through-holes, or the width | variety, depth, and arrangement | positioning of a through hole according to the specification of the fuel cell 1 so that fluid may be supplied.
본 발명의 연료전지용 용기(2) 및 연료전지(1)에 있어서는, 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)는, 바람직하게는 전해질부재(3)에 균일한 압력으로 유체를 흘리기 위해, 직경 0.1mm이상의 구멍지름으로 하고, 간격을 일정하게 하여 배치하도록 하면 좋다.In the fuel cell container (2) and the fuel cell (1) of the present invention, the first fluid passage (8) and the second fluid passage (9) are preferably fluid at a uniform pressure to the electrolyte member (3). In order to flow, it is good to make it the hole diameter of 0.1 mm or more in diameter, and to arrange | position a regular space | interval.
이처럼 전해질부재(3)의 제1 전극(4)이 형성된 하측주면에 대향시켜 제1 유체유로(8)를, 제2 전극(5)이 형성된 상측주면에 대향시켜 제2 유로(9)를 형성한 것에 의해, 전해질부재(3)의 하측주면과 제1 유체유로(8) 사이에서, 그리고 상측주면과 제2 유체유로(9) 사이에서 유체가 교환가능하게 되며, 그 유체가 각각의 유로를 통하여 공급 혹은 배출되게 된다. 그리고 예를 들면, 유체로서 가스를 공급하는 경우라면, 전해질부재(3)의 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 각각 공급되는 가스 분압이 내려가는 것을 없앨 수 있으며, 소정의 안정된 출력전압을 얻을 수 있다. 또한, 공급되는 가스 분압이 안정되기 때문에, 연료전지(1)의 내부압력이 균일화되어, 그 결과 전해질부재(3)에 생기는 열응력을 억제할 수 있기 때문에, 연료전지(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As such, the second fluid path 9 is formed by opposing the lower main surface on which the first electrode 4 of the electrolyte member 3 is formed to face the upper main surface on which the second electrode 5 is formed. By doing so, the fluid can be exchanged between the lower main surface of the electrolyte member 3 and the first fluid passage 8, and between the upper main surface and the second fluid passage 9, and the fluid passes each flow path. It is supplied or discharged through. For example, in the case of supplying gas as a fluid, the partial pressure of the gas supplied to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3 can be lowered, and the predetermined stable output can be eliminated. Voltage can be obtained. In addition, since the partial pressure of the supplied gas is stabilized, the internal pressure of the fuel cell 1 becomes uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member 3 can be suppressed, thereby improving the reliability of the fuel cell 1. You can.
또 본 발명에 있어서는, 제1 전극(4)과 기체(6)의 접촉부 또는 제2 전극(5)과 덮개체(7)의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈(12)이 형성되어 있다. 따라서 전해질부재(3)의 제1 전극(4)과 제1 배선도체(10)의 접촉면적, 또는 제2 전극(5)과 제2 배선도체(11)의 접촉면적이 증가한다. 이것에 의해, 전해질부재(3)에서 발전된 전류를 연료전지용 용기의 외부로 빼내기 위한 전도로로서 기능하는 제1 배선도체(10) 또는 제2 배선도체(11)의 전기저항이 내려가 발전효율이 높아진다는 작용효과를 갖는다.Moreover, in this invention, the groove | channel 12 is formed in at least one of the contact part of the 1st electrode 4 and the base 6, or the contact part of the 2nd electrode 5 and the cover body 7. As shown in FIG. Therefore, the contact area of the first electrode 4 and the first wiring conductor 10 of the electrolyte member 3 or the contact area of the second electrode 5 and the second wiring conductor 11 is increased. As a result, the electrical resistance of the first wiring conductor 10 or the second wiring conductor 11, which serves as a conductive path for drawing the electric current generated by the electrolyte member 3 to the outside of the fuel cell container, is lowered, resulting in higher power generation efficiency. Has an effect.
이 홈(12)의 깊이는, 50 ~ 100㎛정도인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)은, 두께 100 ~ 200㎛정도의 탄소전극으로 이루어지기 때문에, 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)의 표면에, 기체(6) 또는 덮개체(7)를 유효하게 접촉시킬 수 있다.It is preferable that the depth of this groove | channel 12 is about 50-100 micrometers. Thereby, since the 1st electrode 4 and the 2nd electrode 5 consist of a carbon electrode about 100-200 micrometers in thickness, on the surface of the 1st electrode 4 or the 2nd electrode 5, The base 6 or the lid 7 can be effectively contacted.
또, 기체(6) 또는 덮개체(7)의 접촉부에 있어서의, 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)의 형상을 메시형상으로 하거나 홈(12)이 되는, 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)의 오목부 또는 볼록부의 형상을 균등하게 배치하거나 하여, 홈(12)이 균등하게 배열되어 있는 것이 바람직하고, 기체(6) 또는 덮개체(7)를 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)에 접촉시켰을 때에, 기체(6)나 덮개체(7)에 국소적으로 부하가 집중하여 기체(6)나 덮개체(7)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.Moreover, the 1st electrode 4 which makes the shape of the 1st electrode 4 or the 2nd electrode 5 in the contact part of the base 6 or the cover body 7 into a mesh form, or becomes the groove | channel 12. ) Or the concave or convex portions of the second electrode 5 are equally arranged, and the grooves 12 are preferably evenly arranged, and the base 6 or the lid 7 is provided with the first electrode. When contacted with (4) or the second electrode 5, load can be locally concentrated on the base 6 or the lid 7, thereby preventing the base 6 or the lid 7 from being destroyed. have.
또 홈(12)은, 제1 유체유로(8), 제2 유체유로(9)에 노출되면, 압력손실이 커지기 때문에, 제1 유체유로(8), 제2 유체유로(9)에 노출되지 않고 제1 전극(4)과 기체(6)의 접촉부 또는 제2 전극(5)과 덮개체(7)의 접촉부에만 형성되는 것이 바람직하다.In addition, when the groove 12 is exposed to the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9, the pressure loss increases, so that the groove 12 is not exposed to the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9. It is preferable to be formed only at the contact portion between the first electrode 4 and the base 6 or the contact portion between the second electrode 5 and the lid 7.
또 본 발명에 있어서, 바람직하게는 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)의 적어도 한쪽의 내벽에 흡습재가 피착되어 있다. 이것에 의해, 전해질부재(3)에 있어서 전기화학반응으로 생성된 수증기나 물 등이 흡습재에 의해 흡수되어 제거되는 것이 가능하기 때문에, 공기의 유로가 되는 제1 및 제2 유체유로(8, 9)의 폐색을효과적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 전극(4, 5)의 표면이 물(H2O)로 덮여지는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)를 통하여 대기중에서 산화제가스로서 공기를 효과적으로 공급할 수 있다. 따라서 전해질부재(3)에서의 전기화학반응을 촉진할 수 있으며 고효율적인 발전을 행하는 것이 가능하게 된다.In the present invention, the moisture absorbent is preferably deposited on at least one inner wall of the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9. As a result, water vapor, water, and the like generated in the electrochemical reaction in the electrolyte member 3 can be absorbed and removed by the hygroscopic material, and thus the first and second fluid flow paths 8, The blockage of 9) can be effectively prevented. As a result, the surfaces of the first and second electrodes 4 and 5 can be effectively prevented from being covered with water (H 2 O), and the oxidant in the air through the first and second fluid passages 8 and 9. Air can be effectively supplied as a gas. Therefore, the electrochemical reaction in the electrolyte member 3 can be promoted, and high efficiency power generation can be performed.
상기 흡습재로서는, 실리카겔, 알루미나, 백토, 활성탄, 종이, 목분 등의 물(H2O)을 흡수하기 쉬운 재료를 이용하면 좋은데, 특히 실리카겔, 알루미나, 백토 등의 무기분말은, 분쇄 등에 의해 분말의 크기를 조정하는 것에 의해 물(H2O)의 흡수면접을 조정하기 쉽기 때문에, 원하는 흡습특성을 얻기 쉬운 점에서 바람직하다.As the hygroscopic material, a material which easily absorbs water (H 2 O) such as silica gel, alumina, clay, activated carbon, paper, wood flour, etc. may be used. In particular, inorganic powders such as silica gel, alumina, clay, etc. because of the easy to control the absorption of the interview water (H 2 O) by adjusting the size, is preferable from the point easy to obtain the desired hygroscopic properties.
흡습재를 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)의 내벽에 피착시킬 경우, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)를 통하여 대기중에서 산화제가스로서 공기의 흐름의 균일성을 유지한 후에, 모든 제1 및 제2 유체유로(8, 9)에 흡습재를 피착하는 것이 좋다. 또 흡습재의 두께는, 산화재가스로서의 공기를 공급할 시에 압력손실의 영향을 작게 할 필요가 있기 때문에, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)의 횡단면에서의 개구면적에 대한 10%이하의 면적이 되는 두께가 바람직하다.When the moisture absorbent is deposited on the inner walls of the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9, the uniformity of the flow of air as oxidant gas in the atmosphere through the first and second fluid passages 8 and 9. After maintaining, it is preferable to deposit the moisture absorbent material on all the first and second fluid passages 8 and 9. In addition, the thickness of the hygroscopic material is less than 10% of the opening area in the cross section of the first and second fluid flow paths 8 and 9 because it is necessary to reduce the influence of the pressure loss when supplying air as the oxidant gas. The thickness which becomes an area of is preferable.
또한, 공기의 흐름에 의한 흡습재에서의 수분의 증발을 촉진하기 위해서도, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)의 내벽전체에 흡습재를 피착하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 본 발명의 연료전지용 용기(2) 및 연료전지(1)를, 예를 들면, 휴대용 직접형 메탄올 연료전지(DMFC) 등의 소형타입의 것에 사용할 경우, 예를 들면 메탄올 10ml로 수십시간의 운전이 가능하게 됨과 아울러, 그때의 물(H2O)의 생성량으로서도 메탄올 1g의 소비에 대하여 1ml로 미량이 된다. 그 때문에, 흡습재가 흡수한 물(H2O)은 팬을 이용한 송풍에 의해 충분히 증발되는 것이 가능한 수분량이 되며, 연속운전에 지장이 없는 것이 된다.In addition, in order to promote the evaporation of moisture from the moisture absorbent due to the flow of air, it is preferable to deposit the moisture absorbent on the entire inner wall of the first and second fluid passages 8 and 9. As a result, when the fuel cell container 2 and the fuel cell 1 of the present invention are used in a small type such as, for example, a portable direct methanol fuel cell (DMFC), the fuel cell container 2 and the fuel cell 1 of the present invention, In addition to being able to operate for a time, the amount of water (H 2 O) produced at that time is also a small amount of 1 ml relative to the consumption of 1 g of methanol. Therefore, the water (H 2 O) absorbed by the hygroscopic material becomes the amount of water that can be sufficiently evaporated by blowing with a fan, and thus there is no problem in continuous operation.
이상의 구성에 의해, 도1에 나타낸 것과 같은, 전해질부재(3)를 수납가능한, 소형이며 견뢰한 연료전지용 용기(2)를 얻을 수 있고, 고효율억제가 가능한 본 발명의 연료전지(1)를 얻을 수 있다.As a result, a compact and robust fuel cell container 2 capable of accommodating the electrolyte member 3 as shown in FIG. 1 can be obtained, and the fuel cell 1 of the present invention capable of suppressing high efficiency can be obtained. Can be.
또 본 발명의 연료전지(1)를 전자기기의 전원으로서 이용하는 것에 의해, 콤팩트성, 간편성 및 안전성이 뛰어나고, 유체의 균등공급 및 고효율적인 전기접속이 가능하게 되기 때문에, 전자기기의 소형, 저배이며 또한 장기간에 걸쳐 안정되게 작동시킬수 있으며, 더욱이 안전성이나 편리성이 뛰어난 것으로 할 수 있다.In addition, by using the fuel cell 1 of the present invention as a power source for an electronic device, it is excellent in compactness, simplicity and safety, and enables equal supply of fluid and high efficiency of electrical connection. Moreover, it can operate stably over a long period of time, and can also be made excellent in safety and convenience.
예를 들면, 본 발명의 연료전지(1)가 전원으로서 이용되어지는 것으로서는, 구체적으로는 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistants), 디지털카메라나 비디오카메라, 게임기 등의 완구 등의 휴대형 전자기기, 또는 노트형 PC(퍼스널 컴퓨터)를 비롯한 포터블 프린터, 팩스, 텔레비전, 통신기기, 오디오비디오기기, 선풍기 등의 각종 가전제품, 전동공구 등의 전자기기가 있다.For example, as the fuel cell 1 of the present invention is used as a power source, specifically, portable electronic devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), digital cameras, video cameras, toys, such as game machines, Or electronic devices such as portable electronic devices such as notebook PCs (personal computers), various home appliances such as fax machines, televisions, communication devices, audio and video devices, fans, and electric tools.
이들 전자기기는 최근, 액정표시장치 등을 이용한 동화표시의 기능을 첨가한 것이 사용되어지도록 되어오고 있다. 이러한 동화표시는 전원의 소비가 매우 크기 때문에, 종래의 축전지를 이용한 전자기기에서는 단시간에 동작이 불가능하게 되는것에 대하여, 본 발명의 전자기기는 매우 장시간의 전원을 공급할 수 있는 연료전지를 탑재하고 있으며, 동화표시를 하여도 장시간의 동작이 가능해진다.These electronic apparatuses have recently been used to add a function of moving picture display using a liquid crystal display device or the like. The moving picture display consumes a lot of power, so that the electronic device of the present invention cannot be operated in a short time. However, the electronic device of the present invention is equipped with a fuel cell capable of supplying power for a very long time. Even if moving pictures are displayed, a long time operation is possible.
예를 들면, 휴대전화의 경우, 중앙처리장치(CPU)와, 제어부와, 랜덤엑세스 메모리(RAM)와 리드온메모리(ROM)와, 사용자에 의해 조작된 데이터를 CPU에 입력하는 입력부와, 안테나, 안테나로 수신된 신호를 복조하여 제어부에 공급함과 아울러, 제어부에서 공급된 신호를 변조하여 안테나로부터 송신시키는 무선부와, 제어부에서의 명동신호에 근거하여 명음하는 스피커와 제어부에서의 제어에 의한 점등, 소등 혹은 점멸하는 발광다이오드(LED)와 제어부에서 신호에 의한 정보의 표시를 행하는 표시부와, 제어부에서의 구동신호에 의해 진동하는 바이브레이터와, 사용자의 음성을 음성신호로 변환하여 제어부로 전달하고, 제어부에서의 음성신호는 음성으로 변환하여 출력하는 송신화부와, 각 부에 전원을 공급하는 전원부로 구성되어 있고, 그 전원부에 본 발명의 연료전지가 조립되어진 것에 의해 연료전지가 콤팩트성, 간편성 및 안전성이 뛰어나고, 연료의 균등공급 및 고효율적인 전기접속에 의해 장시간의 전원 공급이 가능해진다는 점에서, 휴대전화의 소형, 저배화 및 경량화가 가능하게 된다.For example, in the case of a mobile phone, a central processing unit (CPU), a control unit, a random access memory (RAM) and a read-on memory (ROM), an input unit for inputting data manipulated by a user to the CPU, an antenna And demodulating the signal received from the antenna and supplying it to the control unit, and modulating the signal supplied from the control unit to transmit the signal from the antenna, a speaker sounding on the basis of the bright signal from the control unit, and lighting by the control unit. A light-emitting diode (LED) that is turned off or flashes, a display unit for displaying information by a signal from the control unit, a vibrator vibrating by a drive signal from the control unit, and a user's voice is converted into a voice signal and transmitted to the control unit, The voice signal from the control unit is composed of a transmission unit for converting and outputting voice and a power supply unit for supplying power to each unit. As the fuel cell is assembled, the fuel cell has excellent compactness, simplicity and safety, and can be supplied for a long time by equal supply of fuel and high efficiency electrical connection. The weight can be reduced.
또, 최근의 휴대전화가 소형화, 저배화의 면에서는 충분한 것을 고려하면, 이러한 연료전지를 소형, 저배화하는 것에 의해 생긴 스페이스에, 예를 들면 카메라나 비디오 등의 전화기능 이외의 기능을 갖는 전자부품을 새롭게 조립한 것이 가능하게 되며, 한층더 다기능화를 행할 수 있다.In addition, considering that a recent mobile phone is sufficient in terms of miniaturization and low magnification, an electron having a function other than a telephone function such as a camera or a video, in a space created by miniaturization and low magnification of such a fuel cell, for example. The parts can be newly assembled, and further multifunctionalization can be performed.
또, 새롭게 전자부품을 조립하는 대신에, 충격흡수재나 방지부재 등을 주요한 전자회로를 보호하도록 하여 설계하는 것도 가능하다. 이 경우, 낙하 등에 의해 휴대전화 본체에 충격이 가해졌을 때의 내충격성이나, 우천 중 사용하는 등의 때에 방수성을 종래보다 강하고 견고하게 할 수 있는 구조로 하는 것도 가능하다.In addition, instead of assembling electronic components newly, it is also possible to design the shock absorber, the prevention member, or the like so as to protect the main electronic circuits. In this case, it is also possible to have a structure that can make the waterproofness stronger and more robust than before when it is used when impact is applied to the main body of the mobile phone due to a drop or the like, or when it is used in rainy weather.
또, 휴대전화 본체 내부의 전기회로부를 작게 하는 것이 가능하게 되는 것에 의해, 휴대전화 본체의 외형으로의 제약이 적어져, 예를 들면, 휴대전화를 노인이나 어린이에게 쥐기 쉬운 형상으로 하는 것 등의 의장성이 뛰어난 외형상을 형성하는 것도 가능하다.In addition, it becomes possible to reduce the electric circuit portion inside the mobile phone main body, thereby reducing the restrictions on the external appearance of the mobile phone main body, and for example, making the mobile phone into a shape that is easy to be gripped by the elderly or children. It is also possible to form the external shape excellent in designability.
또 전원부의 구조를 상기했듯이 연료전지가 착탈이 가능한 구조로 한 경우에는, 예비의 연료전지를 준비해 두면, 전지가 다 닳아졌을 때 등이 발생한 경우에 용이하게 예비연료전지로 교환, 혹은 연료전지를 빼내어, 연료의 보급이나 교환을 할 수 있기 때문에, 계속하여 통화 등을 할 수 있고, 종래의 축전지를 전원으로서 사용하는 것 등에 비하여 편리성이 뛰어난 것이 된다.In addition, as described above, when the fuel cell is detachable, the spare fuel cell can be easily replaced with a spare fuel cell when the battery is worn out. Since the fuel can be taken out and the fuel can be replenished or exchanged, it is possible to continue to make calls and the like, which is superior in convenience to using a conventional storage battery as a power source.
또, 교환된(사용이 끝난) 연료전지는, 연료를 보급하는 것에 의해 곧바로 재사용할 수 있기 때문에, 충전에 비하여 사용하기 편리하고, 또 자원을 유효하게 이용하는 것도 가능해진다. 또 자연재해 등에 의해 장기간에 걸쳐 정전 등의 긴급시나 야외에 있어서도 사용이 가능하다라는 이점이 있다.In addition, since the replaced (used) fuel cell can be immediately reused by replenishing fuel, it is more convenient to use than charging and also makes effective use of resources. In addition, there is an advantage that it can be used in emergencies such as power outages or outdoors for a long time due to natural disasters.
또, 노트형 PC(퍼스널 컴퓨터)의 경우, 퍼스널컴퓨터 본체와, 퍼스널컴퓨터 본체에 소정 데이터를 입력하기 위한 키보드를 수납한 제1 케이스와, 키보드에 의해 입력된 데이터 혹은 퍼스널컴퓨터 본체에 의해 처리된 데이터를 표시하기 위한 디스플레이를 수납한 제2 케이스를 구비하고, 제2 케이스가 제1 케이스에 개폐가능하게 부착되어 있고, 또한 각 부에 전원을 공급하는 전원부를 제1 케이스에 구성한다는 기본구성으로 되어 있고, 그 전원부에 연료전지가 조립된다. 이 경우 상기의 휴대전화와 같이, 본 발명의 전자기기에 조립된 연료전지가 콤팩트성, 간편성 및 안정성이 뛰어나고, 연료의 균등공급 및 고효율적인 전기 접속에 의한 장시간의 전원공급이 가능하게 된다. 따라서 노트형 PC(퍼스널컴퓨터) 본체의 소형, 저배화, 경량화 및 다기능화가 가능하게 됨과 아울러, 디스플레이의 대형화나 고해상도화에 대응하여, 대량의 전류를 안정되고, 장기간에 걸쳐 공급하는 것도 가능하며, 디스플레이가 보기 쉽고, 또한 휴대시의 중량이나 용적상의 부담도 적다는 등의 편리성이 높은 노트형 PC(퍼스널 컴퓨터)로 하는 것이 가능하다.In the case of a notebook PC (personal computer), the personal computer main body, a first case accommodating a keyboard for inputting predetermined data into the personal computer main body, and the data input by the keyboard or the personal computer main body are processed. The second case includes a second case containing a display for displaying data, the second case is attached to the first case so as to be openable and close, and a power supply unit for supplying power to each unit is provided in the first case. The fuel cell is assembled to the power supply unit. In this case, like the above-mentioned mobile phone, the fuel cell assembled in the electronic device of the present invention is excellent in compactness, simplicity and stability, and enables long-term power supply by equal supply of fuel and high efficiency electrical connection. Accordingly, the notebook PC (personal computer) main body can be made smaller, smaller, lighter and more versatile, and a large amount of current can be stable and supplied for a long time in response to the increase in size and resolution of the display. It is possible to set it as a notebook PC (personal computer) with high convenience, such as a display which is easy to see, and the weight and the volume burden at the time of carrying are few.
또, 전원부의 구조를 연료전지가 착탈가능한 구조로 한 경우에는, 예비의 본 발명의 연료전지를 준비해 두면, 옥외나 여객기 등의 이동체내 등의 2차 전지만으로 사용한다는 상황에 있어서, 종래에 비해 비약적으로 장시간의 전원공급이 가능하게 된다는 이점이 있다. 또 이처럼 공공의 장소에서 사용할 경우에도, 안전성이 뛰어나다는 점에서, 제약을 받지 않고 사용하는 것이 가능한 극히 편리성이 뛰어난 것이 된다.In the case where the structure of the power supply unit is configured to be detachable from the fuel cell, when the fuel cell of the present invention is prepared in advance, the fuel cell of the present invention is used only as a secondary battery such as outdoors or inside a moving body such as an airliner. There is an advantage in that it is possible to supply power for a long time. Moreover, even when used in a public place, it is excellent in the convenience which can be used without restriction | limiting from the point which is excellent in safety.
또한, 본 발명은 이상의 실시 형태의 예에 한정된 것만 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위내라면, 다양한 변경을 행하여도 아무런 지장도 없다. 예를 들면, 제1 유체유로나 제2 유체유로에 대해서는 연료전지 전체를 박형화하기 위해서, 기체 또는 덮개체의 측면으로부터의 유입구를 형성하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 특히 휴대전화기 용기로서 소형화를 꾀하는데 있어서 유효해진다. 또한,제1 및 제2 배선도체에 대해서는, 기체 및 덮개체의 외면으로 도출된 타단은, 각각 같은 측의 측면으로 빠지도록 설치해도 좋다. 이렇게 하면, 연료전지의 한쪽측면에 배선이나 유로 등을 정리할 수 있으며, 소형화와 외부로의 접합부의 보호 등이 용이해지고, 신뢰성이 높은 설계가 가능하게 됨과 아울러, 장기간 안정된 동작이 가능한 연료전지가 된다.In addition, this invention is not limited to the example of the above-mentioned embodiment, As long as it is in the range which does not deviate from the summary of this invention, even if it changes variously, there is no obstacle. For example, in the first fluid passage or the second fluid passage, inlet ports from the side surfaces of the base or the cover body may be formed in order to thin the entire fuel cell. This makes it particularly effective for miniaturization as a mobile phone container. In addition, about the 1st and 2nd wiring conductor, you may install so that the other end guide | induced to the outer surface of a base body and a cover body may fall to the side surface of the same side, respectively. In this way, wiring, flow paths, and the like can be arranged on one side of the fuel cell, making it easier to miniaturize and protect the junction to the outside, enabling a highly reliable design, and providing a fuel cell capable of stable operation for a long time. .
또, 기체의 오목부의 내부에는, 복수의 전해질부재를 수용하여 이들을 제1 및 제2 배선도체에 의해 전기적으로 접속하여 전체적으로 고전압 혹은 대전류의 출력을 얻도록 해도 좋다.Further, a plurality of electrolyte members may be accommodated in the recesses of the base and electrically connected to each other by the first and second wiring conductors to obtain a high voltage or a large current output as a whole.
도3은, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 다른 형태를 나타낸 단면도이다. 연료전지용 용기(2')에는 오목부를 갖는 기체(6')의 오목부에 전해질부재(3)가 수용된다. 기체(6')에는 제1 유체유로(8')가 형성된다. 제1 유체유로(8')는, 오목부의 저면에 전해질부재(3)의 하측주면에 대향하도록, 같은 길이이며 같은 폭의 홈형상의 복수의 개구가 등간격으로 형성된 개구부(13a)와, 복수의 개구간을 각각 연결하는 연결부(14a)와 연결부(14a)에서 기체(6')의 외면에 걸쳐 형성된 도입부(15a)와 배출부(도시없음)를 포함한다. 덮개체(7')에는 제2 유체유로(9')가 형성된다. 제2 유체유로(9')는, 덮개체(7')의 하면에 전해질부재(3)의 상측주면에 대향하도록, 같은 길이이며 같은 폭의 홈형상의 복수의 개구가 등간격으로 형성된 개구부(13b)와 복수의 개구간을 각각 연결하는 연결부(14b)와 연결부(14b)에서 덮개(7')의 외면에 걸쳐 형성되는 도입부(15b)와, 배출부(도시없음)를 포함한다. 제1 및 제2 전극(4, 5)은 제1 및 제2 배선도체(10',11')에 각각 전기적으로 접속되도록 해도 좋다.3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the fuel cell container of the present invention and a fuel cell using the same. In the fuel cell container 2 ', the electrolyte member 3 is accommodated in the recess of the base 6' having the recess. The gas 6 'is formed with a first fluid passage 8'. The first fluid passage 8 'includes an opening 13a in which a plurality of openings having the same length and the same width are formed at equal intervals so as to face the lower main surface of the electrolyte member 3 on the bottom surface of the concave portion, And an introduction portion 15a and an outlet portion (not shown) formed over the outer surface of the base 6 'at the connecting portion 14a and the connecting portion 14a respectively connecting the openings of the openings. A second fluid passage 9 'is formed in the cover 7'. The second fluid flow path 9 'is an opening formed by forming a plurality of openings having the same length and the same width at equal intervals on the lower surface of the lid 7' so as to face the upper main surface of the electrolyte member 3 ( A connecting portion 14b connecting each of the openings 13b and the plurality of openings, an introduction portion 15b formed over the outer surface of the lid 7 'at the connecting portion 14b, and a discharge portion (not shown). The first and second electrodes 4, 5 may be electrically connected to the first and second wiring conductors 10 ', 11', respectively.
이것에 의해, 유체의 도입부(15a, 15b)와 연결부(14a, 14b)에 의해, 복수의 홈형상으로 형성된 개구부(13a, 13b)로의 유체의 공급이 용이해지며, 개구부(13a, 13b)에 있어서의 복수의 홈형상의 개구는 같은 길이이며, 같은 폭으로 등간격으로 형성되어 있기 때문에, 유체의 도입속도가 빠른 경우에 있어서도, 도입부(15a, 15b)에서 배출부까지의 거리가 짧아져, 유로저항이 작아진다. 그 결과, 전해질부재(3)로 공급되는 유체의 균일 공급성을 향상시킬 수 있으며, 대기중에서 산화제가스로서 공급된 공기가 출입했을 때, 화학반응에 의해 생성된 물(H2O)을 연속적으로 건조제거 하는 것이 가능해진다.This facilitates the supply of the fluid to the openings 13a and 13b formed in a plurality of grooves by the introduction portions 15a and 15b and the connection portions 14a and 14b of the fluid, and to the openings 13a and 13b. Since the plurality of groove-like openings have the same length and are formed at equal intervals at the same width, even when the introduction speed of the fluid is high, the distance from the introduction portions 15a and 15b to the discharge portion is shortened. Flow resistance becomes small. As a result, the uniform supplyability of the fluid supplied to the electrolyte member 3 can be improved, and when the air supplied as the oxidant gas in the air enters and exits, water (H 2 O) generated by the chemical reaction is continuously It is possible to remove dry.
또한, 제1, 제2 배선도체(10', 11')에 의해 3차원적으로 자유롭게 배선할 수 있기 때문에, 복수의 전해질부재(3)를 임의로 직렬접속 또는 병렬접속하는 것이 가능해진다. 그 결과, 전체의 출력전압 및 출력전류를 효율좋게 조정하는 것이 가능해지기 때문에, 전해질부재(3)에서 전기화학적으로 생성된 전기를 양호하게 외부로 빼낼 수 있는 연료전지용 용기(2')와 연료전지(1')가 된다.In addition, since three-dimensional wiring can be freely performed by the first and second wiring conductors 10 'and 11', the plurality of electrolyte members 3 can be arbitrarily connected in series or in parallel. As a result, it is possible to efficiently adjust the overall output voltage and output current, so that the fuel cell container 2 'and the fuel cell capable of well taking out the electrochemically generated electricity from the electrolyte member 3 to the outside. (1 ').
도4는, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 또다른 형태를 나타낸 단면도이다. 연료전지용 용기(2")에는 복수의 오목부를 갖는 기체(6")의 오목부의 각각에 전해질부재(3)가 수용된다. 기체(6")에는 인접하는 오목부의 끝부 사이에 걸쳐 제3 배선도체(16)가 설치된다. 제3 배선도체(16)는, 복수의 전해질부재(3)의 제1 전극(4)끼리의 사이를 전기적으로 접속하고, 양단이 되는위치에 배치된 전해질부재(3)에 전체로서의 출력을 빼내도록 제1 배선도체(10") 및 제2 배선도체(11")를 각각 전기적으로 접속하도록 해도 좋다. 이 경우, 복수의 전해질부재(3)는 병렬접속된다.4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the fuel cell container of the present invention and a fuel cell using the same. In the fuel cell container 2 ", the electrolyte member 3 is accommodated in each of the recesses of the base 6" having a plurality of recesses. The base 6 "is provided with the 3rd wiring conductor 16 between the edge part of the adjacent recessed part. The 3rd wiring conductor 16 is the thing of the 1st electrode 4 of the some electrolyte member 3 comrades. The first wiring conductor 10 "and the second wiring conductor 11" may be electrically connected to the electrolyte member 3 disposed at both ends thereof so as to be electrically connected between the first wiring conductor 10 "and the second wiring conductor 11", respectively. In this case, the plurality of electrolyte members 3 are connected in parallel.
이 대신에, 제3 배선도체(16)는, 한쪽의 전해질부재(3)의 제1 전극(4)과 다른쪽의 전해질부재(3)의 제2 전극(5) 사이를 전기적으로 접속하고, 양단이 되는 위치에 배치된 전해질부재(3)에 전체로서의 출력을 빼내도록 제1 배선도체(10") 및 제2 배선도체(11")를 각각 전기적으로 접속해도 좋다. 이 경우 복수의 전해질부재(3)는 직렬접속된다.Instead of this, the third wiring conductor 16 electrically connects between the first electrode 4 of one electrolyte member 3 and the second electrode 5 of the other electrolyte member 3, The first wiring conductor 10 "and the second wiring conductor 11" may be electrically connected to the electrolyte member 3 disposed at both ends so as to extract the output as a whole. In this case, the plurality of electrolyte members 3 are connected in series.
이것에 의해, 제1 ~제3 배선도체(10", 11", 16)에 의해 3차원적으로 자유롭게 배선할 수 있기 때문에, 복수의 전해질부재(3)를 임의로 직렬접속 또는 병렬접속하는 것이 가능하게 된다. 그 결과 전체의 출력전압 및 출력전류를 효율좋게 조정하는 것이 가능해지기 때문에, 전해질부재(3)에서 전기화학적으로 생성된 전기를 양호하게 외부로 빼낼 수 있는 연료전지용 용기(2")와 연료전지(1")가 된다.As a result, since the first to third wiring conductors 10 ", 11 ", and 16 can be freely wired in three dimensions, the plurality of electrolyte members 3 can be arbitrarily connected in series or in parallel. Done. As a result, it is possible to efficiently adjust the overall output voltage and output current, so that the fuel cell container 2 " 1 ").
이상과 같이 본 발명에 따르면, 전해질부재를 수납가능한 소형이며, 견뢰한 연료전지용 용기이고, 또 가스의 균등공급, 연료전지용기 내의 온도구배의 균일화, 고효율적인 전기접속을 행할 수 있는 신뢰성 있는 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지와 전자기기를 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, it is a compact and robust fuel cell container capable of accommodating an electrolyte member, and provides a reliable fuel cell that can provide uniform gas supply, uniform temperature gradient in the fuel cell container, and high efficiency electrical connection. A container and a fuel cell and an electronic device using the same can be provided.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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| FPAY | Annual fee payment |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |