KR20100014894A

KR20100014894A - 연료 전지

Info

Publication number: KR20100014894A
Application number: KR1020097018320A
Authority: KR
Inventors: 슈지 고토; 카즈아키 후쿠시마; 사야카 난조; 테츠로 쿠사모토
Original assignee: 소니 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2010-02-11
Also published as: CN101652888A; WO2008120478A1; JP2008251181A; US20100119904A1; US8679692B2; CN101652888B; JP5162937B2

Abstract

전기화학 디바이스부(막-전극 접합체 등)에서 발생하는 열에 의해서 발전이 불안정화하거나, 발전 효율이 저하하거나 하는 것을 방지할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것.

화학 반응에 의한 발전을 행하는 막-전극 접합체(4)를 가지는 연료 전지에 있어서, 하나의 막-전극 접합체(4)는 다른{別} 막-전극 접합체로부터 이간{離間}해서 배치하거나, 혹은 두개의 막-전극 접합체를 근접해서 설치하지만, 이 1조는 다른 막-전극 접합체 또는 그 조로부터 이간해서 배치하고, 막-전극 접합체(4)의 하나의 주면이 다른 막-전극 접합체 등으로 막혀지지{塞; closed, covered} 않고, 이 주면 측에서 외기와 접하도록 한다. 막-전극 접합체(4)에서 발전된 전류를 외부와 주고받기{exchanging, delivering} 위한 도전 플레이트(5 및 6)를 막-전극 접합체(4)에 접해서 배치하고, 외기와 접하는 주면 측의 도전 플레이트(6)에 방열 핀(9)을 설치하고, 도전 플레이트(6)가 방열 부재를 겸하도록 한다.

Description

연료 전지{FUEL CELL}

본 발명은, 연료 전지에 관한 것으로서, 자세하게는, 발전 셀에서 발생하는 열에 대한 대책을 실시한, 소형화에 적합한 연료 전지에 관한 것이다.

요즈음, 휴대 전화, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더 등의 휴대형 전자 기기에서는, 고기능화 및 다기능화가 계속되고 있으며, 이것에 수반해서, 소비 전력이 증가하는 경향에 있다. 이 때문에, 그의 전원에 가해지는 부담도 커지고 있다.

이들 휴대형 전자 기기의 전원으로서 일반적으로 이용되고 있는 것은, 소형의 일차 전지 또는 이차 전지이다. 전지의 특성을 나타내는 것의 하나로, 에너지 밀도가 있다. 에너지 밀도라 함은 전지의 단위 질량 혹은 단위 체적 당의 취출{取出; take out} 가능 에너지량이다. 휴대형 전자 기기에 이용되는 전지에는, 전자 기기의 더 높은 고기능화 및 다기능화에 대응할 수 있도록, 에너지 밀도의 향상이 요구되고 있다.

일차 전지에서는, 그 전지가 보유하고 있는 에너지를 방전해 버리면, 그 전 지를 재이용할 수는 없다. 다른{別} 전지로 교환하면, 즉시 휴대형 전자 기기 등을 다시 동작시킬 수 있는 편리함은 있지만, 에너지 밀도는 작고 소비 전력이 큰 휴대형 전자 기기를 구동하려면 다량의 전지를 운반할 필요가 있어, 휴대형 전자 기기의 전원으로서는 맞지 않는다{부적합하다}.

이차 전지를 이용하면, 그 전지가 축적하고 있는 에너지를 방전해 버려도, 충전하면 재생되어, 재이용할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 소비 전력이 큰 휴대형 전자 기기를 장시간 구동하려면 에너지 밀도가 부족하고, 충전하려면 그것을 위한 충전 장치나 전원이 필요하게 되기 때문에, 사용 환경이 제한된다. 또, 충전에는 상당한 시간이 걸린다고 하는 문제점도 있다.

이상과 같이, 각종 휴대형 전자 기기를 장시간 구동하려면, 종래의 일차 전지나 이차 전지나 그 연장에서는 대응이 어렵고, 보다 장시간의 구동에 적합한, 다른 원리에 의거한 전원이 기대되고 있다. 이와 같은 전원의 하나가 연료 전지이다. 연료 전지는, 부극, 정극 및 전해질 등으로 이루어지고, 부극 측에 연료가 공급되고, 정극 측에 산화제가 공급된다. 이 때, 연료가 산화제에 의해서 산화되는 산화 환원 반응이 일어나고, 연료가 가지고 있던 화학 에너지가 효율좋게 전기 에너지로 변환된다.

연료 전지는, 연료와 산화제와의 화학 반응을 이용해서 발전을 행하는 발전 장치이기 때문에, 산화제로서 공기 중의 산소를 이용하고, 연료를 외부로부터 계속 보급하는 것에 의해서, 고장나지 않는 한 전원으로서 계속 사용할 수가 있다. 따라서, 소형화할 수 있으면, 휴대형 전자 기기에 적합한, 충전 불요{不要}의 고에너 지 밀도 전원으로 된다.

이미, 여러가지 종류의 연료 전지가 제안 또는 시작{試作}되고, 일부는 실용화되어 있다. 연료 전지는, 이용되는 전해질에 따라서 크게 특성이 변화하기 때문에, 이용되는 전해질 등에 의거해서 갖가지로 분류되고 있다. 이들 가운데, 프로톤 전도성 고분자 막을 전해질로 하는 고분자 전해질형 연료 전지(PEFC)는, 전해액을 이용하지 않고, 30℃∼130℃ 정도의 낮은 온도에서 동작하기 때문에, 소형화가 가능하여, 휴대형 전자 기기용 전원으로서 최적이다.

연료 전지의 연료로서는, 수소나 메탄올 등, 갖가지의 가연성 물질을 이용할 수가 있다. 그러나, 수소 등의 기체 연료는 밀도가 작고, 밀도를 올리려면 고압의 저장용 봄베 등이 필요하게 되기 때문에, 소형화에는 적합하지 않다. 한편, 메탄올 등의 액체 연료는, 기체에 비해 밀도가 높고, 저장하기 쉽기 때문에, 소형 기기용 연료 전지의 연료로서 압도적으로 유리하다. 따라서, 액체 연료를 이용하는 연료 전지를 소형화할 수 있으면, 종래에 없는 장시간 구동이 가능한 휴대형 전자 기기용 전원을 실현할 수 있다.

그 중에서도, PEFC의 부극에 메탄올을 직접 공급해서 반응시키는 다이렉트 메탄올형 연료 전지(DMFC)는, 연료로부터 수소를 취출하기 위한 개질기를 필요로 하지 않아, 구성이 심플하게 되어, 소형화가 용이하다. 또, 메탄올의 에너지 밀도는, 이론적으로는 일반적인 리튬 이온 이차 전지의 에너지 밀도보다 훨씬 크다. 이상에 기술한 바와 같이, DMFC는, 소형화, 다기능화 및 고성능화가 진행하는 휴대형 전자 기기의 전원으로서 가장 적합하다고 생각되고 있다.

DMFC에서는, 연료인 메탄올은, 부극 촉매층에서 하기의 (1)식과 같이 이산화 탄소로 산화된다.

부극: CH₃OH+H₂O → CO₂+6H⁺+6e^-……(1)

이 때 생긴 수소 이온은, 부극과 정극 사이에 협지{挾持; hold, sandwich}된 프로톤 전도성 고분자 전해질 막을 지나서 정극측으로 이동하고, 정극 촉매층에서 산소와 하기 (2)식과 같이 반응해서 물을 생성한다.

정극: 6H⁺+(3/2)O₂+6e^- → 3H₂O ……(2)

DMFC 전체에서 일어나는 반응은, (1)식과 (2)식을 합한 하기의 반응식(3)으로 나타내어진다.

DMFC 전체: CH₃OH+(3/2)O₂ → CO₂+2H₂O ……(3)

DMFC는, 부극에 메탄올을 공급하는 방법에 의해서, 액체 공급형과 기화 공급형으로 대별{大別}된다. 액체 공급형은 액체 연료를 그대로 공급하는 방법으로, 펌프를 이용해서 메탄올 수용액 등을 부극에 공급한다. DMFC에서는, 부극에서의 전극 반응(1)에 의해서 물이 소비된다. 이 때문에, 많은 DMFC에서는, 부극에 메탄올 수용액을 공급하여, 소실되는{없어지게 되는} 물을 보급한다. 그러나, 이 방식은, 메탄올이 부극측으로부터 정극측으로 고분자 전해질 막 중을 빠져나가 버리는 메탄올 크로스오버가 일어나서, 메탄올의 이용 효율이 저하한다는 문제가 생기기 쉽다.

기화 공급형은, 기화시킨 메탄올을 부극에 공급하는 방법으로, 연료 탱크에 저장되어 있는 액체 연료를 펌프로 기화실에 보내고, 기화실에서 연료를 자연 증발시키거나, 또는 히터 가열 등으로 강제적으로 증발시키는 방법이 있다(일본특허 제3413111호 공보 참조). 또, 펌프를 이용하지 않고, 연료 탱크의 연료를 연료 탱크 내에서 자연 증발시키거나, 또는 히터 가열 등으로 강제적으로 증발시키는 방법도 있다.

기화 공급형에서는, 정극에서 생성하는 물을 부극측으로 역확산시켜, 정극 위에서의 물의 체류를 방지하고, 부극에서의 전극 반응(1)에서 소비되는 물을 보급함과 동시에, 자기{自己} 가습에 의해서 고분자 전해질 막 중의 수분을 유지하고, 고분자 전해질 막에 높은 프로톤 전도성을 발휘시킨다. 기화 공급형은, 메탄올 크로스오버가 비교적 일어나기 어려운 방법으로서 알려져 있다. 또, 고분자 전해질 막의 팽윤{膨潤; swelling}을 억제할 수 있어, 막-전극 접합체{assembly}를 안정화할 수가 있다.

발전부에의 공기의 공급은, 액체 공급형이라도, 기화 공급형이라도, 펌프나 팬에 의해서 강제적으로 행하는 방법이나, 이들을 이용하지 않고, 공기가 자연스럽게 확산 또는 대류하는 것을 이용하는 방법으로 행해진다.

메탄올이나 공기의 공급을 안정화하는 방법으로서, 펌프나 블로어{blower}나 히터를 이용해서 공급 속도를 관리하는 방법이 있다. 그러나, 이들 보조 부품은, DMFC를 소형화하는 방해로 되며, 고에너지 밀도라고 하는 DMFC의 특징을 손상하는 면이 있다. 따라서, 휴대형 전자 기기전용 전원으로서는, 펌프 등의 보조 부품을 가능한 한 이용하지 않고, 메탄올의 공급 방법으로서, 연료 탱크의 연료를 자연 증발시키는 기화 공급형을 이용하고, 공기의 공급 방법으로서, 자연 확산이나 자연 대류를 이용하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

그렇지만, 이 경우, 연료 공급 속도가 메탄올을 기화시키는 공간의 온도에 의해서 강하게 영향받기 때문에, 이 공간의 온도가 발전에 수반해서 발생하는 열에 의해서 너무 높아지면, 연료가 과잉으로 공급되어, 메탄올 크로스오버가 발생하게 된다. 또, 기화 공급형에서는, 정극측에서 생성하는 물이 전해질 막 중을 역확산해서 부극측에 공급되는 것이 필요하지만, 고분자 전해질 막이 너무 고온으로 되면, 정극측에서 생성한 물이나 전해질 막에 포함되어 있던 물이 증발해서 소실되어 버려, 부극에서의 반응에 필요한 물을 공급할 수 없게 된다고 하는 문제가 생긴다.

발전에 수반해서 발생하는 열에 의한 과열은, 일단 발생하면 상황이 차츰{점점} 악화되어 가는 성질이 있다. 예를 들면, 메탄올을 기화시키는 공간의 과열에 의해서 연료의 과잉 공급이 일어나고, 메탄올 크로스오버가 야기되었다고 하면, 크로스오버한 메탄올은 정극에서 산화되고, 이 때 발생한 열이 더욱더 메탄올 기화 공간의 온도를 상승시키며, 이것에 의해서 연료의 과잉 공급과 메탄올 크로스오버가 더욱더 야기된다고 하는 악순환에 빠지기 쉽다. 또, 고온으로 된 고분자 전해질 막으로부터 수분이 소실되면, 고분자 전해질 막의 내부 저항이 증대하며, 이 결과, 저항 발열이 증대해서, 그 열에 의해서 더욱더 고분자 전해질 막의 온도가 상승한다고 하는 악순환도 있다.

발전으로 발생하는 열을, 펌프나 팬을 이용하지 않고 관리해서 온도를 안정 화하는 방법으로서, 방열 핀{fin}을 가지는 방열 수단을 외기에 접하는 위치에 설치하는 방법이 있다. 방열 핀을 설치한 연료 전지의 예는, 예를 들면 일본공개특허공보{特開} 제2005-108717호(제3, 5, 6 및 9페이지, 특히 단락 0005 및 단락 0041, 도 7)에 제안되어 있다.

도 4는, 일본공개특허공보 제2005-108717호에 개시되어 있는 연료 전지의 발전부의 냉각 방법을 도시하는 단면도이다. 이 발전부(100)에서는, 3개의 발전 셀(101a∼101c)이 적층해서 설치되고, 각 발전 셀에 연료를 각각 공급 또는 배출하는 연료 공급 유로(105) 및 연료 배출 유로(106)나, 각 발전 셀에 공기를 각각 공급 또는 배출하는 공기 공급 유로(107) 및 공기 배출 유로(108) 등이 설치되어 있다. 또, 발전 셀(101a∼101c)의 적층 방향을 따라 늘어난{연장된} 측면을 이루는 측벽(103a 및 103b)에는 방열 핀(104)이 설치되어 있다. 한편, 발전 셀의 적층 방향에 직교하는 끝면{端面}을 이루는 끝판{端板}(102a 및 102b)에는 방열 핀이 설치되어 있지 않다.

일본공개특허공보 제2005-108717호에는, 발전부(100)의 냉각 방법의 특징이, 다음과 같이 기재되어 있다. 측벽(103a 및 103b)에 설치된 방열 핀(104)은, 발전 셀(101a∼101c)의 열을 주위로 방열하고, 이들 셀을 냉각한다. 이것에 의해, 셀의 과도한 가열이 방지된다. 측벽(103a 및 103b)은, 발전 셀(101a∼101c)의 적층 방향을 따라 늘어나고, 복수의 발전 셀과 대향해서 위치하고 있다. 그 때문에, 복수의 발전 셀(101a∼101c)을 균등하게 냉각하고, 발전 셀 사이에서의 온도 차의 발생을 방지할 수가 있다. 또, 온도가 가장 높아지는 배출측의 연료 배출 유로(106) 및 공기 배출 유로(108)는, 각각 셀의 적층 방향으로 늘어나고 있기 때문에, 발전부(100)의 측면에 설치된 방열 핀(104)에 의해 효율좋게 냉각된다.

이 결과, 적층된 복수의 발전 셀(101a∼101c) 사이에서의 온도 차 및 출력의 편차{variation}가 억제되어, 안정된 발전이 가능해진다. 동시에, 발전 셀에서의 극성반전{轉極; polarity inversion} 등의 파손이 방지되어, 신뢰성이 향상된 연료 전지가 얻어진다.

일본공개특허공보 제2005-108717호에 개시되어 있는 발전부(100)에서는, 발전 셀(101a∼101c)의 적층 방향에 직교하는 끝면을 이루는 끝판(102a 및 102b)에는 방열 핀이 설치되어 있지 않다. 일본공개특허공보 제2005-108717호에는, 이 이유로서, 복수의 발전 셀(101a∼101c)을 적층해서 구성된 발전부(100)에서는, 끝면을 이루는 끝판(102a 및 102b)에 방열 핀을 설치해서 냉각하면, 적층 방향 끝부에 설치된 발전 셀(101a 및 101c)과 중앙부에 설치된 발전 셀(101b) 사이에 온도 차가 생기기 쉽고, 이 결과, 발전 셀 사이에서 출력에 편차가 생겨, 안정되지 않고, 또 온도 차에 기인해서 극성반전 등의 파손에 이르는 경우도 있다고 기재되어 있다.

즉, 도 4에 도시한 발전부(100)의 냉각 방법은, 적층된 발전 셀 사이의 편차를 최소로 하는 것을 최대 중요 과제로 해서 채용된 냉각 방법으로서, 3개 이상의 발전 셀을 적층했기 때문에 채용하지 않을 수 없게 된 차선{次善}의 방법이다. 이 때문에, 발전부(100)의 구조는, 방열 핀에 의해서 하나의 발전 셀을 가장 효율좋게 냉각하는 것을 생각한 경우의 최량의 구조로는 되어 있지 않다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 전기화학 디바이스부에서 발생하는 열에 의해서 발전이 불안정화하거나 발전 효율이 저하하거나 하는 것을 방지할 수 있는 연료 전지를 제공하는데 있다.

즉, 본 발명은, 화학 반응에 의한 발전을 행하는 전기화학 디바이스부를 가지고, 상기 전기화학 디바이스부에서 발생한 열을 방열하기 위한 방열 핀을 구비한 방열 부재가 외기와 접하는 위치에 배치되어 있는 연료 전지에 있어서,

하나의 상기 전기화학 디바이스부는 다른{別} 상기 전기화학 디바이스부로부터 이간{離間}해서 배치되거나, 혹은 두개의 상기 전기화학 디바이스부가 근접해서 설치된 1조를 형성하고, 상기 조의 하나는 다른 상기 전기화학 디바이스부 또는 다른 상기 조로부터 이간해서 배치되어 있고,

상기 전기화학 디바이스부에서 발전된 전류를 외부와 주고받기{exchanging, delivering} 위한 도전 부재가,

상기 전기화학 디바이스부에 접해서 배치되고, 상기 도전 부재에 접해서 상기 방열 부재가 설치되어 있거나, 혹은 상기 도전 부재 가운데, 외기와 접하고 있는 도전 부재의 적어도 일부에, 상기 방열 핀의 일부 또는 전부가 설치되고, 이 도전 부재가 상기 방열 부재를 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지에 관계된 것이다.

일반적으로, 연료 전지의 전기화학 디바이스부에서 발생한 열을, 방열 핀을 구비한 방열 부재에 의해서 가능한 한 효율좋게 방열하는 것을 생각한 경우, 발열부인 전기화학 디바이스부를 다른 전기화학 디바이스부로부터 떼어놓아서 배치하고, 각 전기화학 디바이스부가 가능한 한 외기에 가까운 위치에 있도록 배치하고, 연료 전지가 외기와 접하고 있는 모든 위치에 방열 핀을 구비한 방열 부재를 배치하는 것이 이상적{理想的}이라는 것은 분명하다.

한편, 바람직하지 않은 것은, 발열부인 전기화학 디바이스부를 다수 근접해서 배치하는 것이다. 이와 같이 하면, 복수의 전기화학 디바이스부가 근접해서 배치되어 있는 영역은 외기와 접할 수 없게 되고, 열이 자옥하기{accumulated} 쉬워진다. 예를 들면, 도 4에 도시한 일본공개특허공보 제2005-108717호의 발전부(100)에서는, 발전 셀(101a∼101c)이 3층으로 적층되어 있기 때문에, 적층 방향 끝부에 설치된 발전 셀(101a 및 101c)은 주면{主面}의 하나에서 외기와 접할 수 있지만, 중앙부에 설치된 발전 셀(101b)은, 양{兩}주면이 발전 셀(101a 및 101c)에 의해서 막혀{塞; closed, covered} 있기 때문에, 양주면에서 외기와 접할 수 없고, 표면적이 작은 측면을 통해서밖에 방열할 수 없다.

본 발명의 연료 전지는, 화학 반응에 의한 발전을 행하는 전기화학 디바이스부를 가지고, 상기 전기화학 디바이스부에서 발생한 열을 방열하기 위한 방열 핀을 구비한 방열 부재가 외기와 접하는 위치에 배치되어 있는 연료 전지이지만,

하나의 상기 전기화학 디바이스부는 다른 상기 전기화학 디바이스부로부터 이간해서 배치되거나, 혹은 두개의 상기 전기화학 디바이스부가 근접해서 설치된 1조를 형성하고, 상기 조의 하나는 다른 상기 전기화학 디바이스부 또는 다른 상기 조로부터 이간해서 배치되어 있다.

이 때문에, 상기 전기화학 디바이스부가 단독으로 배치되어 있는 경우에는, 그 주위가 다른 상기 전기화학 디바이스부로 막혀지는 일이 없고, 주위의 모든 면으로부터 충분히 방열할 수가 있다. 또, 두개의 상기 전기화학 디바이스부가 근접한 상기 조를 형성해서 배치되어 있는 경우에서도, 이들 상기 전기화학 디바이스부가 서로 막는 것은 한쪽 면뿐이고, 이 한쪽 면 이외의 면으로부터 충분히 방열할 수가 있다. 예를 들면 상기 전기화학 디바이스부가 평판모양의 형상을 가지는 경우, 두개의 상기 전기화학 디바이스부를 적층해서 배치해도, 한쪽 주면은 상호 서로 막게 되지만, 반대측의 주면이 막혀지는 일은 없고, 이 반대측 주면으로부터 충분한 방열을 할 수가 있다.

또, 본 발명의 연료 전지에서는,

상기 전기화학 디바이스부에서 발전된 전류를 외부와 주고받기 위한 도전 부재가,

상기 전기화학 디바이스부에 접해서 배치되고,

상기 도전 부재에 접해서 상기 방열 부재가 설치되어 있거나, 혹은 상기 도전 부재 가운데, 외기와 접하고 있는 도전 부재의 적어도 일부에, 상기 방열 핀의 일부 또는 전부가 설치되고, 이 도전 부재가 상기 방열 부재를 겸하고 있다. 이 결과, 상기 전기화학 디바이스부에서 발생한 열은, 열 전도성이 뛰어난 상기 도전 부재를 거쳐서, 상기 전기화학 디바이스부로부터 최단 거리에 있는 상기 방열 부재에 의해서 외기에 방열되므로, 가장 효율좋게 방열된다.

상기와 같이, 본 발명의 연료 전지에서는, 발전시에 상기 전기화학 디바이스부에서 발생하는 열이, 상기 방열 부재를 통해서 효율좋게 방열되므로, 열에 의해서 발전이 불안정화하거나, 발전 효율이 저하하거나 하는 것을 방지할 수가 있다. 또, 펌프나 팬을 이용하지 않고 온도를 안정화할 수 있으므로, 연료 전지의 소형화 및 저코스트화에 적합하다. 특히, 상기 도전 부재가 상기 방열 부재를 겸하고 있는 경우에는, 필요한 부재를 최소한으로 억제할 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 의거하는 발전 셀부의 구조를 도시하는 분해 사시도(a) 및 단면도(b),

도 2는, 같은 실시형태에 의거하는{同}, 막-전극 접합체(MEA)의 구조를 도시하는 단면도,

도 3은, 같은 실시형태에 의거하는, DMFC의 구조를 도시하는 분해 사시도(a) 및 단면도(b),

도 4는, 일본공개특허공보 제2005-108717호에서 제안되어 있는 연료 전지의 기전부의 냉각 방법을 도시하는 단면도.

본 발명의 연료 전지에 있어서, 상기 전기화학 디바이스부가 평판모양의 형상을 가지고, 그 두개의 주면에 접해서 상기 도전 부재가 배치되어 있는 것이 좋다. 상기 전기화학 디바이스부는, 대향해서 배치된 2매{枚}의 전극과 그 사이에 배치된 전해질 등으로 이루어지지만, 전극 사이의 간극{間隙; distance}이 좁은 쪽이 내부 저항이 작아지므로, 통상, 상기 전기화학 디바이스부는 평판모양의 형상으로 되는 일이 많다. 이 경우, 면적이 가장 큰 두개의 주면에 접해서 상기 도전 부재가 배치되어 있으면, 방열 효과가 가장 높다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니며, 상기 주면 이외에도 상기 도전 부재를 설치하면, 더욱더 효과적이다.

또, 상기 도전 부재에, 상기 전기화학 디바이스부에 공기 또는 연료를 통과시키기 위한 도입 구멍이 설치되어 있는 것이 좋다.

또, 상기 방열 핀이 상기 방열 부재의 표면을 가공하는 것에 의해서 형성된 것인 것이 좋다. 이 때, 상기 방열 핀의 피치가 3㎜ 이하, 두께가 1㎜ 이하, 높이가 3㎜ 이하인 것이 좋다. 이와 같이, 연료 전지 셀의 표면에 미세한 핀을 다수 설치함으로써, 상기 전기화학 디바이스부에서 발생하는 열을 효율좋게 방열할 수가 있다.

구체적인 가공 방법으로서는, 예를 들면 상기 방열 핀이, 상기 방열 부재의 표면을 잘라 일으키{切起; cutting and raising}거나, 또는 파내는{掘起; digging} 것에 의해서 형성된 것인 것이 좋다. 또, 상기 방열 핀은, 복수줄기{複數條; plurality}의 미세한 홈을 형성하는 미세 홈의 형성 방법에 의해 형성되어 있는 것이 좋다(예를 들면, 일본공개특허공보 제2001-102782호, 일본공개특허공보 제2005-142247호 및 일본공개특허공보 제2005-254417호 등 참조).

또, 상기 방열 부재가, 금속판, 또는 표면 처리를 실시한 금속판으로 이루어지는 것이 좋다. 이 금속판은, 열 전도성이 큰 금속인 알루미늄 또는 구리로 이루 어지는 것이 좋다.

또, 상기 전기화학 디바이스부에의 공기의 공급이, 자연 확산 및/또는 자연 대류로 행해지는 것이 좋다. 이미 기술{旣述}한 바와 같이, 펌프나 블로어 등의 보조 부품은, 연료 전지를 소형화하는데 있어서의 방해로 되며, 고에너지 밀도라고 하는 연료 전지의 특징을 손상하는 면이 있다. 따라서, 휴대형 전자 기기용 전원으로서 연료 전지를 이용하려면, 보조 부품을 가능한 한 이용하지 않고, 공기의 공급이, 자연 확산 및/또는 자연 대류로 행해지는 것이 좋다.

또, 액체상태{液體狀; 액상}로 저장된 연료가, 기화한 상태에서 전기화학 디바이스부에 공급되는 것이 좋다. 이 때, 상기 액체상태의 연료가, 메탄올 또는 그의 수용액인 것이 좋다. 이미 기술한 바와 같이, 메탄올은 개질기 없이 이용할 수 있으며, 게다가 에너지 밀도가 크고, 소형 휴대 기기용의 연료 전지에 최적인 연료이다. 기화시킨 메탄올을 부극에 공급하는 기화 공급형은, 메탄올 크로스오버가 비교적 일어나기 어려운 방법이며, 또 고분자 전해질 막의 팽윤을 억제할 수 있고, 막-전극 접합체를 안정화할 수 있으므로 바람직하다. 또, 펌프나 히터 등의 보조 부품은, 연료 전지를 소형화하는데 있어서의 방해로 되므로 이용하지 않고, 연료 탱크 등에서 연료를 자연 증발시키는 방법을 이용하는 것이 좋다.

상기와 같은 구성의 연료 전지에서는, 종래, 발전에 수반해서 발생하는 열에 의해서 발전이 불안정화하거나, 발전 효율이 저하하거나 하는 문제가 있었다. 이것에 대해, 본 발명의 연료 전지에서는, 상기 전기화학 디바이스부에서 발생하는 열이 상기 방열 부재를 통해서 효율좋게 방열되어, 연료 전지의 온도가 안정화되기 때문에, 상기 구성의 연료 전지에 가장 효과적으로 적용할 수가 있다. 즉, 메탄올을 기화시키는 연료 탱크 등의 온도가 안정되어 있기 때문에, 연료가 과잉으로 공급되어 메탄올 크로스오버가 발생하는 것이 일어나기 어렵다. 고분자 전해질 막의 온도가 안정되어 있기 때문에, 전해질 막 중의 수분이 적정하게 유지되고, 높은 프로톤 전도성을 유지할 수 있음과 동시에, 정극에서 생성한 물의 역확산에 의해서, 부극에서의 반응에 필요한 물을 안정하게 공급할 수가 있다.

또한, 소형 휴대 기기용의 연료 전지의 연료로서는, 메탄올 등의 액체 연료가 일반적이지만, 수소 흡장 합금에 흡장된 수소 등도 이용할 수가 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 의거하는 연료 전지로서, 직접형{直接型} 메탄올 연료 전지(DMFC)로서 구성된 예를, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 2는, 상기 전기화학 디바이스부인 막-전극 접합체(MEA)(4)의 구조를 도시하는 확대 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 막-전극 접합체(MEA)(4)에서는, Nafion(등록상표) 등으로 이루어지는 프로톤 전도성 고분자 전해질 막(1)의 양면에, 부극(애노드)(2)과 정극(캐소드)(3)이 접합되어 있다. 부극(2)은, 카본 시트나 카본 클로스{cloth} 등의 도전성 다공질 지지체(2a)의 표면에, 촉매인 백금 혹은 백금 합금 등과 Nafion 등의 프로톤 전도체와의 혼합물로 이루어지는 산화 촉매층(2b)이 형성되어 있다. 도전성 다공질 지지체(2a)는, 기체상태{氣體狀; 기상}의 메탄올을 산화 촉매층(2b)까지 통과시키는 가스 확산층으로서의 역할과, 산화 촉매층(2b)에서 발생한 전류를 인도하는 집전체로서의 역할을 갖고 있다. 정극(3) 은, 카본 시트나 카본 클로스 등의 도전성 다공질 지지체(3a)의 표면에, 촉매인 백금 혹은 백금 합금 등과 Nafion 등의 프로톤 전도체와의 혼합물로 이루어지는 환원 촉매층(3b)이 형성되어 있다. 도전성 다공질 지지체(3a)는, 공기를 환원 촉매층(3b)까지 통과시키는 가스 확산층으로서의 역할과, 환원 촉매층(3b)에서 발생한 전류를 인도하는 집전체로서의 역할을 갖고 있다.

도 1은, 발전 셀부(10)의 구조를 도시하는 분해 사시도(a) 및 단면도(b)이다. 단, 단면도(b)는 사시도(a)에 점선을 부가{付}해서 나타낸 위치에서의 단면도이다. 발전 셀부(10)의 중심부에는 막-전극 접합체(4)가 배치되고, 이 막-전극 접합체(4)에 상하로부터 도전 플레이트(5 및 6)가 압착{壓着; pressure-bond}되어 있다. 막-전극 접합체(4)와 접촉하는 도전 플레이트(5 및 6)의 표면에는, 각각 내식성{corrosion resistance}을 높이기 위한 도금층(5a 및 6a)이 설치되어 있다. 도전 플레이트(5 및 6)는, 예를 들면 두께 1㎜의 알루미늄판 또는 동판{銅板}으로 이루어지고, 도금층(5a 및 6a)은, 예를 들면 내식 성능이 뛰어난 금 도금층으로 이루어진다. 막-전극 접합체(4)와 도전 플레이트(5 및 6) 사이는 각각, 예를 들면 두께 0.5㎜의 실리콘 고무 시트로 이루어지는 개스킷(7 및 8)에 의해서 밀폐되어 있다.

도전 플레이트(5 및 6)의 중앙부에는 각각, 연료 가스를 취입{取入; introducing}하기 위한 도입 구멍(5b), 및 공기(산소)를 취입하기 위한 도입 구멍(6b)이 설치되어 있다. 또, 개스킷(7 및 8)의 중앙부에는 각각, 개구부(7a 및 8a)가 설치되어 있다. 도입 구멍(5b 및 6b)의 크기, 형상 및 배치는, 연료 전지의 특성에 큰 영향을 미친다.

즉, 구멍 면적을 크게 하면, 보다 많은 연료 가스 및 공기(산소)를 막-전극 접합체(4)에 통과시킬 수 있지만, 너무 크게 한 경우, 도전 플레이트(5 및 6)를 거쳐서 부극(2) 및 정극(3)에 가해지는 압력이 작아지기 때문에, 도전 플레이트(5)와 도전성 다공질 지지체(2a)와의 접촉 저항 및, 도전 플레이트(6)와 도전성 다공질 지지체(3a)와의 접촉 저항이 커져 버려, 전지의 특성 저하를 초래할 가능성이 있다. 역으로{거꾸로}, 구멍 면적을 작게 하면, 부극(2) 및 정극(3)에 가하는 압력을 크게 할 수 있어, 상기 접촉 저항을 저감할 수 있지만, 너무 작게 한 경우, 연료 가스 및 공기(산소)를 막-전극 접합체(4)에 통과시키는 능력이 낮아져, 전지의 특성 저하를 초래할 가능성이 있다. 본 실시형태에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이 도입 구멍(5b 및 6b)을 배치한다.

도 1의 (a)에서는 도시를 생략했지만, 도 1의 (b) 및 그의 부분 확대도에, 상기 도전 부재인 도전 플레이트(6)의 표면에 방열 핀(9)을 형성한 예를 도시했다. 이 예는 상기 도전 부재가 상기 방열 부재를 겸하고 있는 예이지만, 예를 들면 상기 방열 부재를 상기 도전 부재로부터 전기적으로 절연하고 싶은 경우에는, 상기 방열 부재를 상기 도전 부재에 부착{貼付; attach}해도 좋다. 또, 방열 핀(9)을 도전 플레이트(5)에 설치해도 좋고, 플레이트(5 및 6)의 양쪽에 설치해도 좋다.

방열 핀(9)은 도전 플레이트(6)의 표면을 가공하는 것에 의해서 형성한다. 이 때, 방열 핀(9)의 피치가 3㎜ 이하, 두께가 1㎜ 이하, 높이가 3㎜ 이하인 것이 좋다. 이와 같이, 발전 셀부(10)의 외기와 접하는 표면을 이루는 도전 플레이 트(6)의 표면에 미세한 핀(9)을 다수 설치함으로써, 상기 전기화학 디바이스부인 막-전극 접합체(4)에서 발생하는 열을 효율좋게 방열할 수가 있다.

구체적인 가공 방법으로서는, 예를 들면 방열 핀(9)이, 도전 플레이트(6)의 표면을 잘라 일으키거나, 또는 파내는 것에 의해서 형성된 것인 것이 좋다. 그리고, 방열 핀(9)은, 복수개의 미세한 홈을 형성하는 미세 홈의 형성 방법에 의해 형성되어 있는 것이 좋다(일본특개2005-142247호 공보 및 일본특개2005-254417호 공보 등 참조). 미세 홈의 형성에서는, 이동 방향의 선단{先端}측에 날부{刃部; cutting edge}가 형성된 절삭기립{削起; cutting and raising} 공구와 금속 재료의 표면 사이에, 소정의 각도를 가진 상태로 금속 재료와 절삭기립 공구를 상대{相對} 이동시키고, 절삭기립 공구의 날부에 의해 금속 재료의 표면을 깎아 일으키는{削起; cutting and raising} 것에 의해, 판모양의 핀을 기립{起立; raising}시킴과 동시에 미세 홈을 형성하고, 핀의 기립 형성에 의해 형성된 피가공면보다도 소정의 피치 분의 상류측으로부터, 금속 재료와 절삭기립 공구를 상대 이동시켜, 절삭기립 공구에 의해 금속 재료의 표면을 깎아 일으키는 것에 의해 다음의 판 모양 핀을 기립 형성함과 동시에 미세 홈을 형성하고, 이후, 상기 절삭기립 공구에 의해 소정 피치 이간시켜 핀과 미세 홈을 형성하는 공정을 순차 반복해서, 핀 사이에 복수 줄기의 미세 홈을 연속해서 형성한다.

상기와 같이 해서 방열 핀(9)을 형성한 금속판을 소정의 크기로 절단후, 공기 도입 구멍(6b)을 형성해서 도전 플레이트(6)를 얻는다. 또, 방열 핀(9)을 형성한 금속판을 소정의 크기로 절단해서, 다른 방열이 필요한 면에 부착해도 좋다. 이 때, 적절한 접착제를 이용하고, 접착제가 큰 열 저항으로 되지 않도록 주의한다.

일반적으로, 방열기의 방열 효율은, 방열기 전체의 표면적에 거의 비례한다. 따라서, 방열기의 방열 효과를 높이기 위해서는, 방열 핀(9)을 다수 형성해서 표면적을 크게 할 필요가 있다. 그렇지만, 종래의, 압출{押出; extrusion} 성형가공{molding}이나 주조가공{casting}에 의해서 제조되는 방열 핀에는, 핀의 두께를 얇게 하는 것이나 핀을 다수 형성하는 것에 한계가 있었다. 상기의 핀 형성 방법은, 이 문제를 해결해서, 방열 성능을 높일 수가 있다.

방열 핀(9)으로서는, 이 밖{他}에, 알루미늄의 압출 성형 소재의 돌출줄기{凸條; projecting lines}를 깎아 일으키는 것에 의해, 다수의 혀모양 핀을 형성한 것이라도 좋다(일본공개특허공보 제2001-102782호 참조).

도 3은, 소형의 DMFC로서 구성된 연료 전지(40)의 구조를 도시하는 분해 사시도(a), 및 단면도(b)이다. 단, 단면도(b)는, 사시도(a)에 점선을 부가해서 나타낸 위치에서의 단면도이다.

DMFC(40)는 주로, 발전 셀부(10), 연료 탱크부(30), 및 양자 사이에 개재하는 격벽부(20)에 의해서 구성되어 있다. 격벽부(20)는, 발전 셀부(10)와 연료 탱크부(30) 사이를 단열성 격벽(21)으로 열적으로 차단하는 것에 의해서, 발전 셀부(10)에서 발생하는 열에 의해서 연료 탱크부(30)에서의 액체 연료(33)의 증발이 영향을 받는 것을 방지하기 위한 것이다.

연료 탱크부(30)의 연료 탱크(31) 내에는, 메탄올 등의 액체 연료(33)가 저 장되어 있다. 연료 탱크(31)의 재료는, 연료 탱크(31) 내의 액체 연료(33)가 주위의 환경으로부터 영향을 받는 것을 방지할 수 있는 재료를 이용하는 것이 좋다. 또, 소형 전자 기기나 소형 휴대 전자 기기에 탑재하는 경우에는, 어느 정도의 튼튼함을 가지고, 보다 경량이고, 보다 주위에 악영향을 주지 않는 것이 좋다.

단열성 격벽(21)과 대접하는 연료 탱크(31)의 벽부에는, 증발해서 기체상태로 된 연료 가스를 발전 셀부(10)에 공급하기 위한 통기 구멍(32)이 설치되어 있다. 단위 시간당 발전 셀부(10)에 공급되는 연료량은, 통기 구멍(32)의 개구 면적이나 형상에 의존한다.

단열성 격벽(21)의 재료로서는, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 등의 플라스틱류나 다공질 세라믹스 등의 무기 재료나, 코르크 등의 천연 재료, 또는 이들을 조합한 것 등을 들 수 있다. 열 전도성이 작고, 필요로 되는 강도나 가공성을 가지는 것을 선택하는 것이 좋다.

액체 연료(33)는 연료 탱크(31)에서 증발하고, 연료 가스가 단열성 격벽(21)을 통과해서, 발전 셀부(10)에 공급되기 때문에, 단열성 격벽(21)은 연료 가스를 통과시키는 구조를 가지고 있을 필요가 있다. 도 3에서는, 단열성 격벽(21)에 개구부(22)가 설치되어 있는 예를 도시하고 있다. 개구부(22)는, 통기 구멍(32)에 의해서 연료 공급량이 조절된 연료 가스의 공간 분포를 균일화해서, 발전 셀부(10)에 공급한다. 이 때, 도 3에 도시하는 바와 같이, 개구부(22)의 크기가 통기 구멍(32)을 포함하는 크기이면, 연료 가스의 공간 분포를 균일화하는 효과를 높일 수 있으므로 바람직하다.

액체 연료(33)로서 메탄올 또는 그의 수용액이 이용되는 것이 좋다. 이미 기술한 바와 같이, 메탄올은 개질기 없이 이용할 수 있으며, 게다가 에너지 밀도가 크고, 소형 휴대 기기용 연료 전지에 최적인 연료이다.

연료 전지(40)에서는, 연료의 메탄올은 기체상태로 부극(2)에 공급되고, 부극측의 산화 촉매층(2b)에서 하기 (1)식과 같이 이산화 탄소로 산화된다.

부극: CH₃OH+H₂O → CO₂+6H⁺+6e^-……(1)

이 때 생긴 수소 이온은, 부극(2)과 정극(3)을 격리하는 프로톤 전도성 고분자 전해질 막(1)을 지나서 정극측으로 이동하고, 정극(3)측의 환원 촉매층(3b)에서 산소와 하기 (2)식과 같이 반응해서 물을 생성한다.

정극: 6H⁺+(3/2)O₂+6e^- → 3H₂O ……(2)

연료 전지(40) 전체에서 일어나는 반응은, (1)식과 (2)식을 합친, 하기의 반응식 (3)으로 표현된다.

DMFC 전체: CH₃OH+(3/2)O₂ → CO₂+2H₂O ……(3)

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의거해서 보다 상세하게 설명한다. 단, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것이 아니라는 것은 말할 필요도 없다.

실시예 1<막-전극 접합체(MEA)의 제작＞

연료 전지를 구성하는 상기 전기화학 디바이스부로서, 도 2에 도시한 막-전 극 접합체(MEA)(4)를 제작했다.

부극(2)을 다음과 같이 해서 제작했다. 즉, 우선, 백금 Pt와 루테늄 Ru의 비가 소정의 비로 이루어지는 합금 촉매가 카본에 담지{擔持; hold}된 촉매(타나카 키킨조쿠 코교 가부시키가이샤{田中貴金屬工業株式會社; Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.}제{製}와, Nafion(등록상표; 듀퐁{Du Pont}사제) 분산 수용액(주식회사 와코 케미컬{Wako Chemicals, Ltd.}제)을, 질량비로 7:3으로 되도록 혼합하고, 이온 교환수를 첨가해서 적당한 점도로 조정하여, 페이스트상태의 혼합물을 제작했다. 도전성 다공질 지지체(2a)인 카본 페이퍼(토레이 주식회사{Toray Industries, Inc}제) 위에 이 페이스트상태의 혼합물을 닥터 블레이드법으로 도포한 후, 건조시켜, 산화 촉매층(2b)을 형성했다. 이것을 13㎜×13㎜의 정방형으로 절단해서, 부극(2)으로 했다.

또, 정극(3)도 마찬가지로 해서 제작했다. 즉, 우선, 백금 촉매가 카본에 담지된 촉매(타나카 키킨조쿠 코교 가부시키가이샤제)와, Nafion 분산 수용액(주식회사 와코 케미컬제)을, 질량비로 7대 3이 되도록 혼합하고, 이온 교환수를 첨가해서 적당한 점도로 조정하여, 페이스트상태의 혼합물을 제작했다. 도전성 다공질 지지체(3a)인 카본 페이퍼(토레이 주식회사제) 위에 이 페이스트상태의 혼합물을 닥터 블레이드법으로 도포한 후, 건조시켜, 환원 촉매층(3b)을 형성했다. 이것을 13㎜×13㎜의 정방형으로 절단하여, 정극(3)으로 했다.

다음에, 프로톤 전도성 고분자 전해질 막(1)으로서 Nafion 112(상품명; 듀퐁사제) 막을 15㎜×15㎜의 정방형으로 절단하고, 이것을 부극(2)과 정극(3)으로 협 지하고, 온도 150℃, 압력 1MPa의 조건하에서 10분간 열 압착해서, 부극(2)과 정극(3)의 전면{全面}이 프로톤 전도성 고분자 전해질 막(1)을 사이에 끼우고 대향하고 있는 막-전극 접합체(MEA)(4)를 제작했다.

<발전 셀부의 제작>

상기 막-전극 접합체(MEA)(4)를 이용해서, 도 1에 도시한 발전 셀부(10)를 제작했다. 우선, 두께 0.2㎜, 높이 2㎜, 피치 1.5㎜의 핀(9)을 한쪽측{片側} 면의 전면에 형성한 알루미늄판에, 공기 도입 구멍(6b)을 형성하고, 다음에 금 도금을 실시해서 도금층(6a)을 형성하여, 도전 플레이트(6)를 얻었다. 한편, 핀이 형성되어 있지 않은 알루미늄판에, 연료 도입 구멍(5b)을 형성하고, 다음에 금 도금을 실시해서 도금층(5a)을 형성하여, 도전 플레이트(5)를 얻었다.

다음에, 도전 플레이트(6)와 도전 플레이트(5) 사이에, 테프론(등록상표) 개스킷(7 및 8)으로 도전 플레이트(6)와 도전 플레이트(5)와의 단락을 방지하면서, 이 막-전극 접합체(MEA)(4)를 끼워넣고{挾入; sandwich}, 발전 셀부(10)를 형성했다.

<발전 셀의 발전 시험＞

우선, 상기의 발전 셀부(10)에 격벽부(20) 및 연료 탱크부(30)를 연결해서 DMFC(40)를 형성했다. 이 DMFC(40)에서, 연료 탱크(31) 내에 80질량%의 농도의 메탄올 수용액 0.2mL를 도입하고, 연료 탱크(31) 내에서 기화한 메탄올을 부극(2)에 공급하여, 발전 셀부(10)에서의 발전을 행하게 했다. 발전은, 실온{室溫}하에서, 300㎃의 정전류{定電流} 발전을 행하고, 전압이 0V로 된 곳에서 발전을 종료로 했 다. 발전시의 발전 셀부(10)의 온도는 42℃ 부근에서 안정되고, 발전은 40분 32초간 계속시킬 수가 있었다.

실시예 2

도전 플레이트(6) 위에 형성하는 핀(9)을 두께 0.05㎜, 높이 0.5㎜, 피치 0.1㎜의 핀으로 변경했다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서, 발전 셀부(10)를 제작했다. 실시예 1과 마찬가지로 해서 발전 셀부(10)의 발전 시험을 실시했더니, 발전시의 발전 셀부(10)의 온도는 39℃ 부근에서 안정되고, 47분 18초간 발전을 계속할 수가 있었다.

비교예 1

도전 플레이트(6)로서 핀(9)을 형성하고 있지 않은 도전 플레이트를 이용했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 발전 셀을 제작했다. 실시예 1과 마찬가지로 해서 발전 셀부(10)의 발전 시험을 행했더니, 발전시의 발전 셀부(10)의 온도는 계속 상승하고, 최종적으로 62℃ 부근까지 상승한 곳에서 발전 시험은 종료했다. 발전 시간은 15분 24초였다.

이것은, 발전시의 연료 전지 셀로부터 발사{발생}되는 열의 방열이 잘 되지 않았기 때문에, 산소 취입구{取入口; inlet}로부터 물이 증발해 나가, 전해질이 건조한 것과, 고온에 의해 연료 휘발량이 많아져 크로스오버가 야기된 것으로 발전이 잘 되지 않게 된 것이 원인이라고 생각된다.

이상으로 기술한 것으로부터 분명한 바와 같이, 연료 전지의 발전 셀부(10)의 표면에 미세한 핀(9)을 다수 설치함으로써, 발전시의 전압 손실에 의해 발생하 는 열의 방열이 순조롭게 되게 되고, 열에 의한 전해질 건조에 의해 더 큰{更} 전압 손실이 생겨, 발열의 문제를 크게 해 버린다고 하는 악순환과, 열에 의해서 증대하는 연료 휘발량이 원인으로 되는 크로스오버가 더욱더 발열의 문제를 확대해 버린다고 하는 악순환에 빠지는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시형태 및 실시예에 의거해서 설명했지만, 상술한 예는, 본 발명의 기술적 사상에 의거해서 갖가지로 변형이 가능하다.

본 발명이 제공하는 연료 전지는, 소형이고 간소한 구조를 가지지만, 발전시에 발생하는 열에 의해서 발전이 불안정화하거나, 발전 효율이 저하하거나 하는 일이 없어, 모든 휴대형 전자 기기의 전원으로서 이용가능하다.

Claims

화학 반응에 의한 발전을 행하는 전기화학 디바이스부를 가지고, 상기 전기화학 디바이스부에서 발생한 열을 방열하기 위한 방열 핀을 구비한 방열 부재가 외기와 접하는 위치에 배치되어 있는 연료 전지에 있어서,

하나의 상기 전기화학 디바이스부는 다른{別} 상기 전기화학 디바이스부로부터 이간{離間}해서 배치되거나, 혹은 두개의 상기 전기화학 디바이스부가 근접해서 설치된 1조를 형성하고, 상기 조의 하나는 다른 상기 전기화학 디바이스부 또는 다른 상기 조로부터 이간해서 배치되어 있고,

상기 전기화학 디바이스부에서 발전된 전류를 외부와 주고받기{exchanging, delivering} 위한 도전 부재가,

상기 전기화학 디바이스부에 접해서 배치되고,

상기 도전 부재에 접해서 상기 방열 부재가 설치되어 있거나, 혹은 상기 도전 부재 가운데, 외기와 접하고 있는 도전 부재의 적어도 일부에, 상기 방열 핀의 일부 또는 전부가 설치되고, 이 도전 부재가 상기 방열 부재를 겸하고 있는 것을 특징으로 하는, 연료 전지.
제1항에 있어서,

상기 전기화학 디바이스부가 평판모양의 형상을 가지고, 그 두개의 주면에 접해서 상기 도전 부재가 배치되어 있는 연료 전지.
제1항에 있어서,

상기 도전 부재에, 상기 전기화학 디바이스부에 공기 또는 연료를 통과시키기 위한 도입 구멍이 설치되어 있는 연료 전지.
제1항에 있어서,

상기 방열 핀이 상기 방열 부재의 표면을 가공하는 것에 의해서 형성된 것인 연료 전지.
제4항에 있어서,

상기 방열 핀의 피치가 3㎜ 이하, 두께가 1㎜ 이하, 높이가 3㎜ 이하인 연료 전지.
제4항에 있어서,

상기 방열 핀이 상기 방열 부재의 표면을 잘라 일으키{切起; cutting and raising}거나, 또는 파내는{掘起; digging} 것에 의해서 형성된 것인 연료 전지.
제4항에 있어서,

상기 방열 핀은, 복수줄기{複數條; plurality}의 미세한 홈을 형성하는 미세 홈의 형성 방법에 의해 형성되어 있는 연료 전지.
제1항에 있어서,

상기 방열 부재가, 금속판, 또는 표면 처리를 실시한 금속판으로 이루어지는 연료 전지.
제8항에 있어서,

상기 금속판이 알루미늄 또는 구리로 이루어지는 연료 전지.
제1항에 있어서,

상기 전기화학 디바이스부에의 공기의 공급이, 자연 확산 및/또는 자연 대류로 행해지는 연료 전지.
제1항에 있어서,

액체상태{液體狀}로 저장된 연료가, 기화한 상태에서 전기화학 디바이스부에 공급되는 연료 전지.
제11항에 있어서,

상기 액체상태의 연료가, 메탄올 또는 그의 수용액인 연료 전지.