TW533619B - Fuel cell, fuel cell generator, and equipment using the same - Google Patents

Description

533619 A7 B7_ _ 五、發明説明（1 ) 【發明背景】 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 有關由陽極、電解質膜、陰極、擴散層所構成，於陽 極燃料被氧化，於陰極氧被還原的燃料電池。又，有關包 含此之燃料電池的發電裝置，或小型之攜帶用電源及使用 如此電源之電氣機器或電子機器。 由於電子技術之進步，電話器、書本型個人電腦、聲 訊·視訊機器、或可攜用資訊終端機器等之電氣機器，及 電子機器及小型化之攜帶用電子機器等之急速普及正在前 進。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以往如此之攜帶用電子機器係經由一次電池或二次電 池驅動系統。二次電池中，則由薄片鉛電池，朝向N i / C d電池、N i /氫電池、更且朝向鋰電池，由於新型二 .次電池的出現或小型化/輕量化及高能量密度化的技術， 正不斷地發展。但是，二次電池係於一定量之電力使用後 ’需加以充電，需要充電設備和充電時間之故，在於攜帶 用電子機器之長時間連續驅動上，殘留有許多之問題。今 後’攜帶用電子機器係對應於增加之資訊量和該高速化， 更需有高能量密度之電源，即更有提升朝向可連續使用時 間之長電源的方向，無需充電之小型發電機（微發電機） 之必要性。 做爲對應如此之期望者，提案有燃料電池。燃料電池 係將燃料所具有之化學能，電化學地直接變換成電氣能量 者。包含無需使用通常之引擎發電機等之內燃機關之動力 部’做爲小型發電裝置之可能性。又，燃料電池係僅需補 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 「4: " " 533619 A7 B7 五、發明説明（2 ) 給燃料，可持續發電之故，沒有可使過去二次電池所未見 之爲了充電停止使用中之電子機器之驅動的情形。 於如此之燃料電池中，使用全氟碳擴酸系之電解質膜 ’於陽極氧化氫氣，於陰極還原氧發電之固體高分子形燃 料電池（P E F C : Polymer Electrolyte Fuel Cell)係做爲 高輸出密度的電池爲眾人所知。 爲將此燃料電池更爲小型化，例如如日本特開平9 -2 2 3 5 0 7號所示，提案有於中空之線形之電解質內面 和外面，做爲附設陽極及陰極電極的圓筒狀電池之集合體 ’於圓筒內部和外部，各供給氫氣和空氣的小型P E F C 發電裝置。 但是，適於攜帶用電子機器之電源時，燃料爲氫氣之 故，容積能量密度爲低，需要使燃料槽之體積變大。 又，於此系統中，需有將燃料氣體或氧化劑氣體（空 氣等）送置發電裝置之裝置，或爲維持電池性能加溫電解 質膜之裝置等的補助機，因此發電機爲複雜之構成，難以 充分稱達成電源之小型化。 爲提升燃料之體積能量密度，使用液體燃料，成爲將 燃料或氧化劑等供予電池之無補助機之單純構成爲有效的 ，且有些許之提案。就最近之例子而言，有提案日本特開 20 0 0 — 2 6 8835 、日本特開2〇〇〇一 2 6 8 8 3 6所示之以甲醇和水爲燃料的直接形甲醇燃料 電池（D M F C : Direct Methanol Fuel Cell)。 此發電裝置係於液體燃料槽之外壁側，經由毛細管为 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2l〇X297公釐） —I _<+ - 1' --- -----1 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 533619 A7 B7 五、發明説明（3 ) ’藉由供給液體燃料之材料，與此接觸地配置陽極，更且 順序接合固體高分子電解質膜、陰極加以構成。氧係向經 由接觸外部氣體之陰極外表面之氧擴散加以供給之故，根 據此方式時，發電裝置可成爲無需供給燃料及氧化劑氣體 之補助機的簡單構成。 但是，DMF C係負荷時之輸出電壓爲每單位電池 〇·3〜0·4V之故，需搭載對應攜帶型電子機器等所 需之電壓的個數之附設燃料電池的燃料槽，將各電池加以 直列連接。爲此，爲使發電裝置小型化中，增加電池直歹[J 數時，燃料槽容量會變小，燃料槽之數會因爲對應直列數 而有被分散的問題。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 點 要 之 明 發 本發明之目的係伴隨電力之使用，無需如二次電池般 ，消耗一定容量之電力之後必需加以充電，經由補給燃料 ，可容易持續發電的燃料電池發電裝置中，提供使用體積 能量密度高之燃料的系統者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，本發明之其他目的係不使用如將燃料及氧化劑強 制性地流通的流通供給機構之補助機地，提供小型，適於 攜帶用之電源和使用其之攜帶用電子機器者。 爲達上述目的，本發明之特徵係具有氧化液體之燃料 的陽極，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極之 電解質膜之燃料電池中，上述燃料電池係中空支持體構造 ，於上述中空支持體之外周面，配置陽極、電解質膜、陰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533619 A7 B7 五、發明説明（4 ) 極，以構成發電部，於上述中空支持體內部，上述燃料於 上述發電部外部，接觸包含上述氧之氣體的燃料電池者。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，本發明之其他之特徵係具有氧化液體之燃料的陽 極，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極之電解 質膜之燃料電池中，上述燃料電池係包含將具有中空支持 體構造，於上述中空支持體之外周面，配置陽極、電解質 膜、陰極，以構成發電部的燃料電池複數連結之燃料電池 單元，和貯藏上述液體之燃料的容器；各上述發電部係電 氣性連接，自上述容器，上述液晶之燃料供給至上述中空 支持體構造內部加以發電之燃料電池發電裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明所成小型燃料電池電源係將氧化燃料之陽極， 和還元氧之陰極藉由電解質膜加以構成之液體爲燃料的燃 料電池中，具有將收容液體燃料之容器，做爲平台，於中 空支持體之外周面，配置陽極、電解質膜、陰極的發電部 之燃料電池單元被加以結合，前述燃料電池單元電氣性串 列或並列地加以結合者爲特徵者。上述中空支持體內部， 上述燃料於上述發電部外部，接觸包含上述氧之氣體的燃 料電池者。 尤其，所需電流較小，需要高電壓之時，於中空支毒 持體之外周面，成爲配置陽極、電解質膜、陰極之複數發 電部的燃料電池元件，將各發電部直接連接於導電性之內 連接器地，可達成高電壓化。 燃料係經由將燃料槽做爲平台加以結合，於中空支持 體內部’無需使用強制供給機構地加以供給，此時於中空 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 533619 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 生成之氫雜子係在電解質膜中自陽極向陰極側移動， 於陰極電極上，根據自空氣中擴散之氧氣和電極上之電子 的（2 )式反應，生成水。 6 Η + + 3 / 2 〇 2 + 6 e — 3 Η 2 〇……（2 ) 因此，伴隨發電之全化學反應係如（3 )式，曱醇則 經由氧所氧化，生成二氧化碳和水，化學反應式係成爲與 甲醇之火炎燃燒相同。 C Η 3 〇 Η + 3 / 2 〇 2 — C 〇 2 + 3 Η 2 〇……（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 單位電池之開路電壓係大約爲1 · 2 v，但由於燃料 浸透至電解質膜之影響，實質上爲0 · 85〜1 · 0V， 尤其雖未特別加以限定，實用上選擇負荷運作的電壓爲 0·3〜0·6V程度之範圍。因此，實際上做爲電源使 用之時，根據負荷機器之要求，得所定之電壓地，直接連 接單位電池地加以使用。單電池之輸出電流密度係雖受電 極觸媒，電極構造之其他之影響而變化，實效地選擇單電 池之發電部面積，得所定電流加以設計。又，適切地經由 並列連接地可調整電池容量。 在此，構成燃料電池單元之支持體，特徵爲中空支持 體構造的一個之筒型構造。該截面形狀爲角型、圓型或其 他之形狀中，可小型地取得充分發電部面積之形狀時，則 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533619 A7 ______ B7 五、發明説明（8 ) 無需特別限定。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 但，將燃料電池單元於規定之容積中，爲小型地加以 裝塡，圓筒型、角型則塡充效率爲佳，在於裝設燃料電池 發電部的加工性上，可稱之爲較佳之形狀。 支持體之材料係電氣性不活性者，於使用環境下，爲 具有耐久性之薄型具有充分強度之材料時亦可。例如可列 舉聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酸酯、氯乙烯、聚 丙烯系樹脂其他之工程樹脂或將此等以各種之塡料補強之 電氣絕緣性之材料或生成水產生氣氛的之對於耐蝕性優異 之碳材料、不鏽鋼系鋼、或將通常之鐵、鎳、銅、鋁及此 等之合金表面耐鈾化處理的電氣導電性之材料。 又，將耐蝕性不佳之賤金屬，使用以上述樹脂被覆之 .絕緣性之材料時爲有效的。不論如何只要爲支持形狀強度 、耐蝕性和電化學性不活性之材料時，則不特別加以限定 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 筒狀支持體內部係雖做爲燃料輸送空間加以使用，安 定化塡充於筒狀支持體內部之燃料供給的吸引材係與甲醇 水溶液之接觸角爲小，電化學性不活性之耐蝕性之材料時 即可，使用粉末或纖維狀者。例如玻璃、氧化鋁、砂石氧 化鋁、矽石、非石墨系碳、纖維素等之纖維或吸水性高分 子纖維等係塡充密度爲低，在於甲醇水溶液保持性優異之 較佳的材料。 做爲構成發電部之陽極觸媒，於碳系粉末載體，分散 載持白金和釕或白金/釕合金之微粒子者，做爲陰極觸媒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） 533619 A7 B7 五、發明説明（9 ) ’於碳系載體，分散載體白金微粒子者，係可容易地製造 、加以利用的材料。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明所成燃料電池之陽極及陰極之觸媒係使用於通 常之直接形甲醇燃料電池者，則不特別加以限定。於電解 質膜使用顯示氫離子導電性膜。做爲此等材料可使用聚全 氟苯乙烯磺酸、聚全氟苯碳系磺酸等爲代表之磺化之氟系 聚合物或聚苯乙烯磺酸、磺化聚醚磺酸、磺化聚醚醚酮類 等之碳氫系聚合物磺化之材料。將此等之材料做爲電解質 膜加以使用時，一般而言可將燃料電池於8 0 °C以下之溫 度加作動。 又，將鎢氧化物水合物、鍩氧化物水合物、錫氧化物 水合物等之氫離子無機物，於耐熱性樹脂，經由使用微分 散之複合電解質膜等，可成爲達高溫範圍作動之·燃料電池 。不論如何，氫離子傳導性爲高，使用甲醇透過性之低電 解質膜時，燃料之發電利用率會提高之故，可將本發明之 效果之小型化及長時間發電以更高的水準加以達成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 構成燃料電池單元之發電部係可經由例如以下之方法 加以製作。即，1 )於中空支持體之外周面，塗佈導電性 之集電板，將陽極接合部之壁面進行貫通孔所成多孔質化 之工程，2 )將與陽極觸媒和電解質膜同一物質預先溶解 於揮發性有機溶媒的溶液，做爲黏合劑加以添加、分散， 將成爲糊狀者，於中空支持體之多孔質部分，塗佈爲1 〇 〜50#m之一定厚度，形成電極之工程，3)之後，將 預先溶解於揮發性有機溶媒的電解質溶液，於陽極電極之 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533619 A7 __ B7 五、發明説明（1〇 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上，膜形成後之厚度成爲2 〇〜5 0 // m地加以塗佈的工 程，4 )接著，將與陰極觸媒和電解質膜同一物質預先溶 解於揮發性有機溶媒的溶液，做爲黏合劑加以混練，將成 爲糊狀者，於電解質膜之上，塗佈成爲1 〇〜5 0 /zm之 一定厚度形成爲工程，5 )更且，於該外周部，將碳系粉 末和所定量之排水性分散材料，例如將聚四全氟乙烯微粒 子之水性分散液，爲1爲糊狀，塗佈於陰極電極表面，係 經由形成擴散層之工程，製作燃料電池單元。 此時，3 )於工程中，電解質膜部分係取得較陰極面 積爲大’經由密著支持體和電解質膜，或使用黏著劑加以 黏著加以密封者爲佳。於所得之燃料電池單元之陰極部分 ’裝著導電性之多孔質材料或網路，做爲陰極集電板取出 .端子，自陽極集電板取出端子。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於燃料電池單元以單一之燃料電池加以構成之時，無 需1 )之工程，使用導電性之中空支持體，可取出直接陽 極端子。又，排水性之水性分散材包含成爲白金觸媒或白 金·釕合金觸媒之觸媒毒成分的界面活性劑時，例如如於 碳纖維之導電性之織布面之單側，將碳系粉末和所定量之 排水性分散材料例如聚四全氯乙烯微粒子之水性分散液， 成爲糊狀地加以塗佈，於分解界面活性劑之溫度燒成之後 ，將塗佈面連.接於陰極地加以裝著，將碳纖維織布成爲陰 極端子之方法爲有效的。 除此之外，預先於圓筒狀之電解質膜之內面，塗佈所 定厚度之陽極，於外面將形成塗佈陰極 '擴散層的電極· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 _ 533619 A7 B7 五、發明説明（12 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 出口 9、供給口 1 0。單位電池之構成係自支持體外壁面 ，依導電性多孔質之陽極集電板6、陽極電極3、電解質 膜2、陽極4、擴散層5、網目狀或多孔質之陰極集電體 7之順序順序重疊，陰極集電板係藉由鄰接之陽極集電板 和內連接器1 1 ，各電池直列加以連接。單位電池之形成 方法係經由先前記述之同樣方法加以形成。輸出端子係自 一方端之陽極集電板6和另一方端之陰極集電板7引出。 燃料槽係兼具以1個以上之筒型燃料電池構成之發電 裝置之平台的構造體。於燃料槽中，使用具有構造強度和 尤其對於甲醇水溶液之耐蝕性的材料。聚乙烯、聚丙烯、 聚對苯二甲酸乙二醇酯、氯乙烯、聚丙烯系樹脂其他之工 程樹脂或將此等以各種之塡料補強之電氣絕緣性之材料或 生成水產生氣氛的之對於耐鈾性優異之碳材料、不鏽鋼系 鋼、或將通常之鐵、鎳、銅、銘及此等之合金表面耐蝕化 處理的材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又’將耐鈾性不佳之賤金屬，使用以上述樹脂被覆之 絕緣性之材料時爲有效的。於燃料槽，具備具有與複數之 燃料電池單元之燃料供給、排出孔結合的裝著口的一個以 上之燃料補給口。燃料供給、排出口係可爲氣密性之機構 ’有關該構造則未特別加以限制。尤其此結合爲可卸脫之 機構時’燃料電池單元之一部分劣化，或產生其他不適切 狀況時’經由替換燃料電池模組整體式特定之燃料電池單 元’可於長期間使用電源之故，可稱爲較佳之構造。 又’於發電時，燃料電池單元內之曱醇水溶液被氧化 -15- 本紙張尺度適用中顚家標準（CNS ) M規格（21〇χ297公菱） 533619 A7 _____ B7_ 五、發明説明（13 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 產生二氧化碳氣體，自燃料電池單元排出口向燃料槽回復 ，槽內壓會提高。又，電源經由環境溫度之變化，尤其由 低溫向高溫環境移動，會產生燃料槽內之壓力上昇。爲避 免如此之狀況’於燃料補給口設置氣體選擇透過機構爲有 效的。 又，做爲另一之實施形態，除了成爲燃料電池單元群 之平台的燃料槽外，在於令發電持續時間變長之目的下， 於該平台可採用裝設補助燃料槽之構造。於此時，於平台 槽，將接受口機構於補助槽，設置具有裝著口機構和氣體 選擇透過機構的燃料補給口爲佳。 做爲氣體選擇透過機構之具體之實施例，於圖4顯示 截面構造。於燃料補給口 5 3之蓋部5 1間，內面設置排 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .水化之1個以上之珠球之板或挾住多孔質之排水性板5 2 加以構成。蓋部5 1和燃料補給口 5 3及燃料補給口和燃 料槽以具有氣密性之螺絲構造加以固定。於伴隨發電於二 氧化碳氣體之產生或環境溫度之上昇等，有槽內之氣壓時 ，透過多數之珠球或多孔質板，氣體選擇性地透過，排出 之液晶燃料則不會流出。 於成爲本發明之特徵之中空支持體之外周面，製作具 有配置陽極、電解質膜、陰極之複數發電部的燃料電池單 元，將各發電部以導電性之內連接器直列連接，可達高電 壓化，經由將燃料槽做爲平台加以結合，於中空支持體內 部無需使用強制供絡機構地加以供給，各燃料電池單體係 自該外面經由空氣中之氧之擴散，氧化劑被加以供給，於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ ^ - 533619 A7 __ B7__ 五、發明説明（15 ) 材1 4加以塡充。 角筒係上下皆黏著厚2 mm之丙烯酸板之蓋1 2、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 3，使之具有氣密性。 於此角筒之外周面，設置設有3 6 m m之寬度，約1 m m直徑之貫穿孔的開口比約7 0 %之多孔質層8。於角 筒側面之上下之非開孔部，設有外徑3 m m，內徑2 m m 之燃料排出口 9及供給口 1 0。 將此角筒之以成爲陽極集電板6之不鏽鋼 SU S 3 1 6網加以被覆，於其上以3 7mm寬度之角筒 之多孔質層8加以被覆地，將在於白金·釕載持碳觸媒， 添加乾燥重量中，電解質量相當於觸媒量之6 0 w t %之 5重量％之耐非昂（NAFION ) 1 1 7醇水溶液（水、異丙 .醇、正丙醇以重量比2 0 : 4 0 : 4 0混合之溶媒：Fluke Chemical公司製），混練成爲糊狀者，於6 0 °C 3小時乾燥 ，厚度成爲3 0 //m地加以塗佈，形成陽極3。 將6 0 °C，3小時乾燥後之白金量爲約2 m g / c m 2 ，釕量爲約1 m g / c m 2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，6 0 °C乾燥後，蒸發5重量％之耐非昂（ NAFION) 1 1 7醇水溶液，將濃縮至約3 0重量％之液體 ，於角筒外周全面，塗佈成爲電極部之塗佈厚度約 5 0 // m地，形成電解質膜2。 於室溫下更乾燥1 0小時後，更6 0 °C，3小時乾燥 ，測定非電極部塗佈厚度時，角筒角落部雖會略厚，平坦 部爲7 3〜7 6 // m之範圍，通電部中，電解質膜厚係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 18 _ 533619 A7 _____ B7 五、發明説明（16 ) 4 5 // m 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於形成之電解質膜2上，將於白金載持碳粉末觸媒， 添加以乾燥重量，耐非昂（NAFION ) 117相當觸媒量之 6 Owt%之5重量％之耐非昂（NAFION ) 1 1 7醇水溶 液，混練成爲糊狀者，乾燥厚度成爲1 5 // m地，與陽極 3重疊地加以塗佈，進行6 0 °C，3小時乾燥，形成陰極 4。此時陰極白金量係約爲〇 · 8 m g / c m 2。 接著，將於碳粉末燒成後之重量，成爲4 0 w t %地 ’添加排水劑聚四氟乙烯微粒子之水分散液（鐵弗龍分散 劑D - 1 :大金工業製）加以混練而成爲糊狀者，於厚度 約1 0 0 // m空隙率8 7 %之碳纖維不織布上之單面，成 爲厚度約2 0 // m地加以塗佈，於室溫下乾燥後，以 .2 7 0 °C燒成3小時，形成擴散層5。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將所得擴散層5，切成與上述角筒型燃料電池之陰極 寬度同樣帶狀，將此於角筒型燃料電池之陰極上，爲不使 接縫重疊地加以捲曲，令不鏽鋼S U S 3 1 6網做爲陰極 集電體7固定擴散層5。於陽極及陰極集電板6、7之端 部，結合燃料電池單元之端子。 如此所得之角筒型之燃料電池單元係燃料塡充容積約 爲0 ·; 6 cm3，發電有效面積約5 cm2之單電池者， 將1 0 w t %甲醇水溶液做爲液體燃料加以塡充所測定之 5 5它單位電池之起始特性之電流/電壓特性係如圖6之 曲線6 1，爲顯示負荷電流密度1 5 0 m A / c m 2，輸出 電壓Ο · 3 V。安裝複數如此構造之燃料電池單元，以構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -19- 533619 A7 B7 五、發明説明（18 ) 約1·3mg/cm2，釕量爲約〇·65mg/cm2。 接著，將在於白金·釕載持碳觸媒，添加乾燥重量中 ，耐非昂相當於觸媒量之6 Ow t %之5重量％之耐非昂 (NAFION ) 1 1 7醇水溶液，混練成爲糊狀者，乾燥時之 厚度成爲1 5 //m地，於對應於電解質2之陽極電極3塗 佈面之相反側之面，與陽極電極3重疊地，以網版印刷法 加以塗佈，以6 0 °C，3小時乾燥，形成陽極電極4，成 爲電解質膜/電極接合體。 此時陰極白金量係約爲0 · 8 m g / c m 2。接著，將 於碳粉末燒成後之重量，成爲4 0 w t %地，添加排水劑 聚四氟乙烯微粒子之水分散液，將此混練而成爲糊狀者， 於厚度約1 0 0 // m空隙率8 7 %之碳纖維不織布上之單 面，成爲厚度約2 0 // m地加以塗佈，於室溫下乾燥後， 以2 7 0 °C燒成3小時，形成擴散層5。 於露出電解質膜/電極接合體之上下外周之電解質膜 之部分寬度約2 · 5 m m，塗布聚砂氧院液狀墊圈1 6， 被覆圓筒型之中空支持體1之多孔質層8地，加以捲曲， 貼付上下端的同時，於自外周部加以捆綁地向電解質膜/ 電極接合體之圓筒型支持體1之長度方向露出之電解質膜 接縫，預先塗佈5重量％之耐非昂1 1 7醇水溶液，濃縮 至3 0重量％之液體，於6 0 °C，約3小時乾燥加以結合 〇 將製作之擴散層5，切成與之陰極寬度同樣之帶狀， 將此於圓筒型燃料電池之陰極上，爲不使接縫重疊地加以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） :21 : (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533619 A7 B7 五、發明説明（20 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 肋面和支持體端面之陽極集電板6，於外周面以樹脂帶掩 罩，於殘留之外周部表面，將聚偏氯乙烯成爲黏合劑的導 電性碳塗料，塗佈成爲厚約5 0 // m，形成連接於內連接 器1 1之陽極集電板6。與助之一方之側面連接，將寬度 2 5 m m之3個集電板形成部，使口徑約0 · 5 m m之貫 穿孔，成爲開口比6 5 %地，設置多孔質層8。於區分爲 3個之集電部表面，以與第1之實施例同樣之方法，塗佈 3 0 // m厚度之陽極3。接著，將肋部2 1和內連接器 1 1之陽極集電部加以掩罩，於形成於通電部之陽極3之 上及陽極集電部之未掩罩的部分，以與實施例1同樣之方 法，通電部之厚度成爲約4 0 // m地，形成電解質2。 接著，於與電解質2上之陽極3重疊之位置，以與實 施形態1同樣之方法，形成厚度1 5 // m之陽極4，以與 實施例1同樣之方法製作之擴散層5和重疊與以實施例2 使用同樣的陰極集電體7，將外周部以聚乙烯製捆綁網 2 0加以固定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接者’脫離IW極集電部之掩罩’於陽極4及擴散層5 側面加以掩罩，於陽極集電部將鎳金屬粉末做爲塡料，將 聚偏氯乙烯做爲黏著劑之導電性塗料加以流入鄰接之陽極 4及擴散層5側面，電氣性地結合。 於所得之圓筒型燃料電池單元之圓筒內，將空隙率 8 5 %之玻璃纖維做爲保液材1 4加以塡充，於圓筒之上 下，溶著具有聚丙烯製，外徑3 m m、內徑2 m m之燃料 排出口 9及供給口1 〇之厚2mm之蓋12、1 3，使之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210χ297公瘦） A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533619 五、發明説明（22 ) 將聚偏氯乙烯成爲黏著劑之導電性碳塗料，塗佈約 5〇/zm之厚度，形成陽極集電板6。 接者’將此電池裝著部面內之5mmx 1 〇 〇mm之 範圍，做爲通電部，將口徑約〇 · 5 m m之貫通孔成爲開 〇比約6 5 %，設置多孔質層8。於角筒之內部，空隙率 爲8 5 %之玻璃纖維做爲保液材1 4加以塡充，於圓筒之 上下’以聚丙傭製’外徑5 m m、內徑4 m m，於該內部 將空隙率爲8 5 %之玻璃纖維做爲保液材1 4加以塡充之 燃料排出口 9及供給口 1 ◦之厚2mm之蓋1 2、1 3加 以黏著，使之具有氣密性。 於與實施例2同樣之方法，做爲陽極觸媒，使用白金 •釕載持碳觸媒，於陰極觸媒使用白金載持碳粉末觸媒， 於電解質使用厚度5 0//m之NAF I ON膜11 7 (杜 邦公司膜），電解質2之尺寸於9mmx 1 〇 4mm該兩 面，重疊尺寸爲5mmx 1 〇 〇mm厚度爲2 5 //m之陽 極3和厚度爲1 5 // m之陽極4，製作電解質膜/電極接 合體。 接著，電極/電解質膜接合體之陽極側接觸於中空支 持體之電池裝著部，將電極/電解質膜接合體之周邊電解 質膜和電池裝著部，以聚矽氧烷液狀墊圈1 6加以黏著。 於裝著之陰極面，與以實施例2使用者同樣的擴散層5和 與以實施例2使用之同樣之方法所製造的端部，重疊設置 標記7 b之形狀之陰極集電體7 a，於與電解質2之間， 藉由聚矽氧烷液狀墊圈1 6，將外周部以聚乙烯製捆綁網 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） .25 - " ί--ί----^裝----^--訂——---— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533619 A7 B7 五、發明説明（38 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 結合。於燃料電池單元群之上部中，聚丙烯製，外形1 〇 mm咼X 7 6mm長X 8mm寬度之尺寸，側壁厚 〇 · 3 m m之排氣槽1 1 〇，則與各燃料電池單元1 〇 1 之燃料排出口 9氣密性地裝著。於排氣槽1 1 〇上面，具 備裝著圖5所示構造之多孔質聚四氟乙烯膜之螺旋蓋式之 氣體選擇透過口之排氣口 1 1 1。收容於電池胞保持器 1 0 5之各燃料電池單元之陰極端子係與鄰接之陽極端子 連接’ 2 8直列地電氣性結合。所得電源係大約具備7 〇 mm咼X 7 6mm長X 3 Omm寬度之尺寸，容量約 3 1 c m 3之燃料槽，補助燃料槽之容量係約6 · 9 c m 3 。於運轉溫度6 0 °C進行發電試驗時，顯示負荷電流 0 · 8 A時8 · 4 V之電壓。於補助燃料槽1 〇 7塡充 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 0 w t %甲醇水溶液燃料6 5 c m 3，以運轉溫度6 0 °C ，負荷電流1 · 5 A加以運轉時，可以輸出電壓約3 · 6 V進行約8 0分鐘之持續發電。此後，將塡充6 5 c m 3之 1 0 w t %甲醇水溶液燃料的補助燃料槽，新加以更新發 電，以運轉溫度6 0 °C，負荷電流1 · 5 A加以運轉時， 可以輸出電壓約3 · 6 V進行約8 0分鐘之持續發電。直 接形甲醇燃料電池中，雖以甲醇水溶液做爲燃料加以使用 ，除了於發電消耗燃料之外，透過電解質膜而消耗。 甲醇及水之電解質膜透過量之比係由於運轉狀態而有 所不同之故，新將燃料補充至槽時，甲醇需調整至所定範 圍之濃度。 但是’如本實施例，將連接於電源之燃料槽之容量變 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -41 - 533619 A7 B7 五、發明説明（39 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 得較小，與補助槽結合進行運轉時，僅需伴隨燃料之消耗 ，更替塡充一定濃度之燃料的補助槽之故，可無需調整甲 醇濃度地，長時間地加以使用。 根據本發明時，於所需電流較小，需高電壓時，於中 空支持體之外周面，做爲具有配置陽極、電解質膜、陰極 的複數之發電部的燃料電池單元，可令各發電部以導電性 之內連接器直列連接之故，可達成高電壓化，更且，可實 現預型之燃料電池發電裝置。 燃料係經由將燃料槽做爲平台加以結合，於中空支持 體內部，無需使用強制供給機構加以供給。此時，於中空 支持體內，保持液體燃料，經由塡充藉由毛細管力吸引之 材料，燃料可被補給，於中空支持體之外周面，具有發電 部之各燃料電池單元係可經由空氣中之氧之擴散，供給氧 化劑，構成無需燃料、氧化劑供給用之補助機的單純機構 所構成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，於燃料中，經由將體積能量密度高之甲醇水溶液 做爲液體燃料使用，較於同一容積之槽中，將氫氣做爲燃 料之時，可更長時間持續發電，經由燃料之逐步補給，可 實現無需如二次電池之充電時間的連續發電裝置。 將本發明所成之電源，經由做爲附設於搭載二次電池 之攜帶型電話器、攜帶用個人電腦、攜帶用聲訊、視訊機 器、其他之攜帶用資訊終端的電池充器加以使用或無需搭 載二次電池經由直接內藏電源地，可使此等電子機器可長 時間使用，經由燃料之補給，而可連續使用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -42 - 533619 A7 B7 五、發明説明（43 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 內 連 接 器 1 2 上 蓋 1 3 下 蓋 1 4 保 液 材 1 5 陽 極 子 板 1 6 墊 圏 1 7 捆 綁 帶 1 8 陽 極 1½山 m 子 1 9 陰 極 端 子 2 0 捆 綁 網 2 1 肋 2 3 堆 積 電 池 2 4 連 接 部 5 1 蓋 部 或 氣 體 6 1 實 施 例 1 所 6 2 實 施 例 2 所 7 1 實 施 例 3 所 7 2 實 施 例 4 所 8 1 間 隔 物 8 2 歧 管 8 3 間 隔 物 縱 截 8 4 間 隔 物 橫 截 8 5 通 電 開 孔 部 8 6 歧 管 開 孔 部 選擇透過膜 製作之單元之電池性能 製作之單元之電池性能 製作之單元之電池性能 製作之單元之電池性能 面圖 面圖 、發電部開孔部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 46 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝_ 訂 533619 A7 B7 五、發明説明（44 ) 87 歧管埋入部 88 溝埋入部 9 1 電解質膜/電極接合體 9 2 襯墊 9 3 墊圏 9 4 吸引材 10 1 燃料電池單元，燃料電池模組 1〇2 燃料槽 10 3 燃料補給口 10 4 燃料 105 電池胞支持器 10 6 電池固定板 1 0 7 補助然料槽 110 排氣槽 111 排氣口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -47-

Claims (1)

1. 533619 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 1、 一種燃料電池，屬於具有氧化液體之燃料的陽極 ，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極之電解質 —^--l·*----^^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜之燃料電池，其特徵係上述燃料電池係中空支持體構造 ，於上述中空支持體之外周面，配置陽極、電解質膜、陰 極，以構成發電部，於上述中空支持體內部，上述燃料於 上述發電部外部，接觸包含上述氧之氣體者。 2、 一種燃料電池發電裝置，屬於具有氧化液體之燃 料的陽極，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極 之電解質膜之燃料電池，其特徵係上述燃料電池係包含將 具有中空支持體構造，於上述中空支持體之外周面，配置 陽極、電解質膜、陰極，以構成發電部的燃料電池複數連 結之燃料電池單元，和貯藏上述液體之燃料的容器；各上 述發電部係電氣性連接，自上述容器，上述液晶之燃料供 給至上述中空支持體構造內部加以發電者。 3、 如申請專利範圍第1項之燃料電池，其中，於上 述陰極外周部，配置擴散層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4、 如申請專利範圍第1項之燃料電池，其中，上述 中空支持體係具有電子傳導性。 5、 如申請專利範圍第1項之燃料電池，其中，於上 述中空支持體之內部，塡充保持上述液體之燃料的保持材 〇 6、 如申請專利範圍第1項之燃料電池，其中，於上 述中空支持體，於該外周面內，複數配置上述陽極，上述 電解質膜、上述陰極所成發電部，上述發電部係各別加以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -48- 533619 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 電氣連接。 7、 如申請專利範圍第2項之燃料電池發電裝置，其 中，收容上述液體之燃料的上述容器，係具有氣液分離型 之排氣孔。 8、 一種燃料電池發電裝置，屬於具有中空支持體構 造之燃料電池，其特徵係將氧化液體之燃料的陽極，和還 原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極的電解質膜，於 上述中空支持體之外周面，依上述陽極、上述電解質膜及 上述陰極之順序加以形成，具有至少一個於上述陰極之外 周配置擴散層加以構成之發電部，上述發電部係各別電氣 性結合，複數具有燃料電池單元，上述燃料電池單元係與 收容上述燃料之上述燃料容器結合，上述燃料自上述燃料 容器，向各燃料電池單元加以供給，上述燃料電池單元係 各別電氣性結合。 9、 如申請專利範圍第8項之燃料電池發電裝置，其 中，上述燃料係曱醇水溶液。 1 ◦、一種攜帶用電源，屬於具有氧化液體之燃料的 陽極，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極之電 解質膜之燃料電池，其特徵係上述燃料電池係中空支持體 構造，於中空支持體構造中，於上述中空支持體之外周面 ，具有陽極、電解質膜、陰極及擴散層所成複數之發電部 ，上述發電部係電氣性連接，構成燃料電池單元，複數之 上述燃料電池單元係結合於收容上述液體之燃料之上述容 器，上述複數之燃料電池單元係包含各別電氣性結合所成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -49- 533619 A8 B8 C8

   ^申請專利範圍 之燃料電池發電裝置加以構成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 ' 一種攜帶用電子機器，屬於具有氧化液體之燃 料的陽極，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極 t電解質膜之燃料電池，其特徵係上述燃料電池係中空支 &體構造’於中空支持體構造中，於上述中空支持體之外 _面’具有陽極、電解質膜、陰極及擴散層所成複數之發 _部’上述發電部係電氣性連接，構成燃料電池單元，複 數之上述燃料電池單元係結合於收容上述液體之燃料之上 @容器’上述複數之燃料電池單元係至少具有經由包含各 Μ電氣性結合所成之燃料電池發電裝置加以構成之充電器 所充電之二次電池。 12、一種攜帶用電子機器，屬於具有氧化液體之燃 料的陽極，和還原氧之陰極，和絕緣上述陽極和上述陰極 之電解質膜之燃料電池，其特徵係上述燃料電池係中空支 持體構造，於中空支持體構造中，於上述中空支持體之外 周面’具有陽極、電解質膜、陰極及擴散層所成複數之發 電部’上述發電部係電氣性連接，構成燃料電池單元，複 數之上述燃料電池單元係結合於收容上述液體之燃料之上 述容器，上述複數之燃料電池單元係以包含各別電氣性結 合所成之燃料電池發電裝置加以構成之燃料電池發電裝置 加以驅動者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1· •項再填· 裝· 訂 加