JP2008243578A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】外気の影響を受けずに安定して発電することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】 燃料を酸化して電子とプロトンを得る負極、プロトンが通過する電解質層、および負極との間に電解質層を挟んだ、プロトンと電子とを酸素を活物質として還元して水を生成する正極を備えた発電部と、発電部を内部に収容した、気体が透過する通気孔が設けられた筐体と、通気孔を塞ぐ、差圧が125Paのときの通気度が1cc/cm2・sec以下である通気多孔質からなる多孔質部とを備えた。
【選択図】 図5A fuel cell capable of generating power stably without being affected by outside air is provided.
SOLUTION: A negative electrode that oxidizes fuel to obtain electrons and protons, an electrolyte layer through which protons pass, and an electrolyte layer sandwiched between the negative electrode and protons and electrons are reduced using oxygen as an active material to produce water. A power generation unit provided with a positive electrode to be generated, a housing in which the power generation unit is housed and provided with a gas permeable vent, and a ventilation rate of 1 cc / cm when the differential pressure is 125 Pa, which closes the vent. And a porous portion made of a porous porous material that is 2 sec or less.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、燃料の燃焼エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that generates electric power by converting combustion energy of fuel into electric energy.
近年、携帯電話機やノート型パソコンなどといった携帯型電子機器の小型化、軽量化、および高機能化に伴って、携帯型電子機器の駆動電源である電池の軽量化および大容量化が進んでいる。携帯型電子機器用の電池としては、駆動電圧が高く、大容量なリチウムイオン電池が一般的に用いられている。 In recent years, as portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers have become smaller, lighter, and more functional, batteries that are power sources for portable electronic devices have become lighter and larger in capacity. . As a battery for a portable electronic device, a lithium ion battery having a high driving voltage and a large capacity is generally used.
しかし、リチウムイオン電池は、リサイクルが可能である使用済み電池が回収されずに破棄されてしまうことが多く、環境面において問題があるうえ、消費電力が大きいノート型パソコンなどで使用する場合、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。 However, lithium-ion batteries often have used batteries that can be recycled and are discarded without being collected, which causes environmental problems and is sufficient when used on laptop computers with high power consumption. There is a problem that continuous continuous use time cannot be guaranteed.
この点に関し、近年、燃料の燃焼エネルギーを直接に電気エネルギーに変換する燃料電池が開発されてきている。燃料電池は、負極に燃料を供給するとともに正極に酸素を供給すると、正電極および負電極それぞれに含まれる触媒の作用によって電気化学的な反応が発生し、燃料を供給源として電流を取り出すことができる。燃料電池は、リチウムイオン電池の数倍の大容量を実現することができ、燃料を補給することによって、何度も繰り返し使用できるうえ、長時間にわたって連続発電が可能であり、さらに、発電時に有害物質を発生しないことなどから、環境面においても大変優れているという利点がある。 In this regard, in recent years, fuel cells that directly convert combustion energy of fuel into electric energy have been developed. When a fuel cell supplies fuel to the negative electrode and oxygen to the positive electrode, an electrochemical reaction is generated by the action of the catalyst contained in each of the positive electrode and the negative electrode, and current can be taken out using the fuel as a supply source. it can. Fuel cells can achieve a capacity several times that of lithium-ion batteries, and can be used over and over again by replenishing fuel, and can continuously generate power for a long time. There is an advantage that it is very excellent in terms of environment because it does not generate substances.
また、燃料電池は、電解質や燃料の種類によって様々なタイプに分類されるが、携帯型電子機器用の電池としては、室温程度の低温で作動すること、振動に強いこと、大量生産が容易であることなどから、メタノール水溶液を燃料として供給するダイレクトメタノール方式の燃料電池(DMFC)が好適であると考えられている。ダイレクトメタノール方式の燃料電池の中でも、高濃度のメタノールを気化膜を介して負極に直接に供給する自然気化式のパッシブ型DMFCが小型化や装置の簡素化という点において得に好ましく、近年、さかんに研究開発が行われている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照)。
Fuel cells are classified into various types depending on the type of electrolyte and fuel. However, batteries for portable electronic devices operate at a low temperature of about room temperature, are resistant to vibration, and are easy to mass-produce. For this reason, a direct methanol fuel cell (DMFC) that supplies an aqueous methanol solution as a fuel is considered suitable. Among direct methanol fuel cells, a natural vaporization type passive DMFC that supplies high-concentration methanol directly to the negative electrode through a vaporization membrane is particularly preferable in terms of downsizing and simplification of the device. Research and development have been carried out (for example, see
図1は、自然気化式のパッシブ型DMFCの概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a natural vaporization type passive DMFC.
図1に示す燃料電池1には、発電を行う発電部10と、発電部10に燃料を供給する燃料供給部20と、発電部10に酸素を供給する酸素供給部30が備えられている。
The
発電部10は、気体燃料を酸化して、電子とプロトンを生成する燃料極触媒層11と、燃料極触媒層11で発生したプロトンおよび電子を酸素を活物質として還元して水を生成する空気極触媒層12と、燃料極触媒層11と空気極触媒層12との間に設けられ、燃料極触媒層11で生成されたプロトンを空気極触媒層12に輸送する固体電解質層13とで構成されている。
The
燃料供給部20は、燃料極側筐体21と、液体燃料であるメタノール22を貯蔵する燃料タンク23と、メタノール22を気化して気体燃料を生成する液体燃料気化膜24と、液体燃料気化膜24で気化された気体燃料を拡散する気化燃料拡散層25と、気体燃料を燃料極触媒層11に供給可能な経路を設けた燃料極集電体26と、燃料極集電体26から供給された気化燃料を拡散して、拡散させた気体燃料を燃料極触媒層11に供給する燃料極ガス拡散層27と、燃料極触媒層11における電気化学反応で発生する二酸化炭素を排出する炭酸ガス排出口28とを備えている。
The
また、酸素供給部30は、空気極側筐体31と、空気極側筐体31の酸素供給口31aから供給された酸素を空気極触媒層12に供給するための空気極集電体32と、空気極集電体32から供給された酸素を拡散して、拡散させた酸素を空気極触媒層12に供給するための空気極ガス拡散層33とを備えている。
The
燃料タンク23に収容されたメタノール22は、液体燃料気化膜24を通過することによって気化され、気化燃料拡散層25、燃料極集電体26、および燃料極ガス拡散層27を介して燃料極触媒層11に供給される。燃料極触媒層11では、式(1)に示すような電気化学反応が行われて、気化燃料が酸化されて電子とプロトンとが生成される。
The
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e− ・・・式(1)
また、空気極触媒層12では、式(2)に示すような電気化学反応が行われて、固体電解質層13を通過してきたプロトンと、燃料極触媒層11で発生して携帯電話機などに供給された電子が、空気極側筐体31の酸素供給口31aから供給された空気中の酸素を使って還元される。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − Formula (1)
In the air
6H+ + (3/2)O2 +6e− → 3H2O ・・・式(2)
すなわち、式(1)と式(2)とを合わせると、燃料電池1全体としては、空気極触媒層12で発生した水が燃料極触媒層11で利用されるとともに、燃料極触媒層11で発生したプロトンや電子が空気極触媒層12で利用されることによって、
CH3OH + (3/2)O2 → CO2 + 2H2O ・・・式(3)
といった化学反応が行われて、燃料であるメタノール22から電気が生成されることとなる。
6H + + (3/2) O 2 + 6e − → 3H 2 O Formula (2)
That is, when Expression (1) and Expression (2) are combined, water generated in the air
CH 3 OH + (3/2) O 2 → CO 2 + 2H 2 O Formula (3)
Thus, electricity is generated from the
ところで、発電時に発生した二酸化炭素は、炭酸ガス排出口28を通って酸素供給口31aから排気され、発生した水は、一部が燃料極触媒層11で利用されるとともに、余剰な水が気化されて水蒸気の状態で酸素供給口31aから排気される。特許文献3には、酸素供給口31aに0.1mm2〜10mm2程度の貫通孔を1〜100個程度備えた燃料電池について記載されている。例えば、貫通孔を0.1mm2とすると、その孔径はΦ0.18mmとなり、酸素供給口31aをカーボンペーパー(Φ0.20mm程度)で塞いだ状態とほぼ同等の状態になると考えられる。このような燃料電池によると、空気中の酸素を確実に燃料電池1内に取り入れ、二酸化炭素や水を効率よく燃料電池の外部に排気することができるとともに、燃料電池の内部にゴミなどの異物が入り込む不具合を回避することができる。
しかし、特許文献3に記載された技術では、風が強い日に携帯電話機などを屋外で利用すると、酸素供給口31aの貫通孔から外気Qが入り込んで燃料電池1内の水を過剰に気化してしまい、固体電解質層13が乾燥して十分なイオン伝導性が得られず、燃料電池1の発電出力が大きく劣化する「ドライアウト」が発生する恐れがある。燃料電池は、携帯型電子機器に搭載されて屋外で利用されることが想定されており、外気の影響を受けずに安定して発電する燃料電池の開発が望まれている。
However, in the technique described in
本発明は、上記事情に鑑み、外気の影響を受けずに安定して発電することができる燃料電池を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can stably generate power without being affected by outside air.
上記目的を達成する本発明の燃料電池は、燃料を酸化して電子とプロトンを得る負極、プロトンが通過する電解質層、および負極との間に電解質層を挟んだ、プロトンと電子とを酸素を活物質として還元して水を生成する正極を備えた発電部と、
発電部を内部に収容した、気体が透過する通気孔が設けられた筐体と、
通気孔を塞ぐ、差圧が125Paのときの通気度が1cc/cm2・sec以下である通気多孔質からなる多孔質部とを備えたことを特徴とする。
The fuel cell of the present invention that achieves the above object comprises a negative electrode that oxidizes fuel to obtain electrons and protons, an electrolyte layer through which protons pass, and an electrolyte layer sandwiched between the negative electrode and protons and electrons that are combined with oxygen. A power generation unit including a positive electrode that generates water by reduction as an active material;
A housing that houses the power generation unit and is provided with a gas permeable vent,
And a porous part made of a porous porous material having an air permeability of 1 cc / cm 2 · sec or less when the differential pressure is 125 Pa.
水が蒸発する際には、水面から近い側から、水蒸気が飽和した水面近傍層、水蒸気の濃度勾配を有する拡散層、および拡散層との相対湿度と環境温度とによって蒸気圧が決定する環境雰囲気層とが形成され、水の蒸発速度は、水面近傍層の飽和蒸気圧、拡散層の厚さ、および環境雰囲気層の環境蒸気圧によって決定される。拡散層の厚さは、環境中の対流によって大きく影響を受け、環境中の対流が大きいほど拡散層の厚さが薄くなり、水の蒸発速度が速くなる。また、環境中の対流がほとんどない場合、拡散層の厚さは、上述した飽和蒸気圧、環境蒸気圧、および空気中の蒸気圧の相互拡散係数を使って算出することができ、ほぼ一定となる。このような分析から、燃料電池内の水分量を制御するためには、燃料電池内の対流を抑えることが必要であり、すなわち、外気の影響を軽減することが必要であることがわかった。 When water evaporates, from the side close to the water surface, the water-saturated layer near the water surface, the diffusion layer having a concentration gradient of water vapor, and the atmospheric pressure in which the vapor pressure is determined by the relative humidity and environmental temperature of the diffusion layer The evaporation rate of water is determined by the saturated vapor pressure of the layer near the water surface, the thickness of the diffusion layer, and the environmental vapor pressure of the environmental atmosphere layer. The thickness of the diffusion layer is greatly affected by the convection in the environment. The greater the convection in the environment, the thinner the diffusion layer and the faster the water evaporation rate. When there is almost no convection in the environment, the thickness of the diffusion layer can be calculated using the above-mentioned saturation vapor pressure, environmental vapor pressure, and interdiffusion coefficient of vapor pressure in air, and is almost constant. Become. From such analysis, it was found that in order to control the amount of water in the fuel cell, it is necessary to suppress convection in the fuel cell, that is, to reduce the influence of outside air.
本発明の燃料電池には、差圧が125Paのときの通気度が1cc/cm2・sec以下である通気多孔質で構成された多孔質部が備えられている。このような多孔質部を備えることによって、燃料電池内における外気の影響を燃料電池の発電性能に影響がないレベルまで抑えられ、発電時に発生した水によって電解質を適度に加湿するとともに、余剰な水を燃料電池外に排気することができ、外気の影響を受けずに安定して発電することができる。 The fuel cell according to the present invention includes a porous portion made of a porous material having an air permeability of 1 cc / cm 2 · sec or less when the differential pressure is 125 Pa. By providing such a porous portion, the influence of outside air in the fuel cell can be suppressed to a level that does not affect the power generation performance of the fuel cell, and the electrolyte is appropriately humidified by water generated during power generation, and excess water Can be exhausted outside the fuel cell, and power can be stably generated without being affected by outside air.
また、本発明の燃料電池において、上記筐体は、発電部と多孔質部との間に空間が形成されたものであることが好ましい。 In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the casing has a space formed between the power generation section and the porous section.
外気の影響を受けにくい発電部と多孔質部との間の空間に、水蒸気の濃度勾配が生じた不安定な拡散層が形成されることによって、燃料電池内の水分量を精度良く調整することができる。 Accurately adjust the amount of water in the fuel cell by forming an unstable diffusion layer with a water vapor concentration gradient in the space between the power generation unit and the porous unit that is not easily affected by outside air Can do.
また、本発明の燃料電池において、燃料を収容する燃料タンクと、
燃料タンクに収容された燃料を負極に供給する燃料供給部とを備えたことが好ましい。
Further, in the fuel cell of the present invention, a fuel tank for storing fuel,
It is preferable that the fuel supply part which supplies the fuel accommodated in the fuel tank to a negative electrode is provided.
燃料が燃料タンクに貯蔵されることによって、長時間に渡って発電することができる。 By storing the fuel in the fuel tank, power can be generated for a long time.
また、本発明の燃料電池において、上記燃料タンクは、燃料を補給する補給口を備えたものであることが好ましい。 In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the fuel tank has a supply port for supplying fuel.
燃料が補給されることによって、燃料電池を何度も繰り返し使用することができるとともに、連続使用時間を延ばすことができる。 By replenishing the fuel, the fuel cell can be used over and over again, and the continuous use time can be extended.
また、本発明の燃料電池において、上記燃料は、液体燃料であり、
上記燃料タンクは、少なくとも燃料が透過する開口が設けられたものであり、
上記燃料供給部は、上記開口に設けられた、燃料を気化して負極に供給する燃料気化層であることが好適である。
In the fuel cell of the present invention, the fuel is a liquid fuel,
The fuel tank is provided with at least an opening through which fuel passes,
The fuel supply unit is preferably a fuel vaporization layer provided in the opening for vaporizing fuel to be supplied to the negative electrode.
この好適な燃料電池によると、液体燃料を負極に供給するためのポンプなどを省くことができ、燃料電池を小型化することができる。 According to this preferred fuel cell, a pump for supplying liquid fuel to the negative electrode can be omitted, and the fuel cell can be miniaturized.
本発明によれば、外気の影響を受けずに安定して発電することができる燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell which can generate electric power stably without being influenced by external air can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明の一実施形態が適用された携帯電話機の外観斜視図である。 FIG. 2 is an external perspective view of a mobile phone to which an embodiment of the present invention is applied.
本実施形態の携帯電話機100は、充電池が内蔵されており、充電器に接続して充電池を充電しておくことによって、充電池から電力の供給を受けて駆動することができるとともに、燃料電池が内蔵されたクレードル(図3参照)を装着することによって、燃料電池で発電した電力を使って駆動することもできる。
The
図2に示す携帯電話機100は、液晶パネル101が設けられた上側筐体100Aと、ユーザが手で持つ下側筐体100Bとが、ヒンジ100Cを中心に折り畳み自在に接続されている。
In the
上側筐体100Aには、電話番号やテレビ番組や撮影画像などが表示される液晶パネル101、および内部にスピーカ(図4参照)が配備され、スピーカから発せられる音声を放つための送話口102が備えられており、下側筐体100Bには、各種機能の選択や、撮影を行う際のシャッタボタンとして使用される選択ボタン104、電話番号等を入力するためのプッシュボタン105、内部にマイクロフォン(図4参照)が配備され、声をマイクロフォンに伝えるための受話口106、および充電器やクレードル(図3参照)を接続するための充電端子107などが備えられている。
The
図3は、クレードルに装着された状態の携帯電話機100を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the
クレードル200は、携帯電話機100を、通話およびキー操作が可能な状態で保持している。クレードル200には、図2に示す充電端子107と接続される接続部210と、燃料電池300と、開閉自在な蓋220とが備えられている。燃料電池300は、燃料を使って発電する発電部がクレードル200の内部に収容されており、発電部で発生した各種ガスを排気するとともに、発電部に空気を供給するガス交換部301がクレードル200の側面に露出している。燃料電池300については、後で詳しく説明する。ガス交換部301は、本発明にいう多孔質部の一例に相当する。
The
続いて、携帯電話機100の内部構造について説明する。
Next, the internal structure of the
図4は、携帯電話機100の内部ブロック図である。
FIG. 4 is an internal block diagram of the
図4に示すように、携帯電話機100には、CPU110、ROM111、不揮発メモリ112、RAM113、マイクデバイス121、表示デバイス122、スピーカデバイス123、キーデバイス124、カメラデバイス125、時計126、近距離デバイス131、遠距離デバイス132、メディアコントローラ140、および充電池151が内蔵されており、さらに、図3に示すクレードル200が装着されることによって、燃料電池300が接続される。図4に示す各種部品は、バスを介して互いに接続されている。
As shown in FIG. 4, the
CPU110は、各種プログラムを実行する機能を有し、この携帯電話機の全体を制御している。
The
ROM111には、CPU110で実行される各種プログラムやそれら各種プログラムの実行に必要な各種定数が記憶されており、CPU110は、ROM111に記憶されたプログラムをRAM113を作業領域として使いながら実行する。
The
不揮発メモリ112には、アドレス帳や受信した電子メールなど、書き換えられることがありうる各種情報が記録されている。
The
マイクデバイス121は、ユーザの声をピックアップするマイクロホンおよびそのマイクロホンでピックアップされた声を処理する機能ブロックである。
The
スピーカデバイス123は、ユーザに向けて音声を出力するスピーカ、およびそのスピーカを駆動する音声信号を生成する機能ブロックである。
The
カメラデバイス125は、写真撮影による画像データの収集を司るブロックであり、表示デバイス122は、液晶パネル101(図2参照)への画像表示を司るブロックであり、キーデバイス124は、ユーザによる各種キー操作を検出するブロックであり、時計126は、現在時刻を取得するためのブロックである。
The
メディアコントローラ140は、装填された記録メディア141からデータを読み出したり、カメラデバイス125で生成された画像データ等を記録メディア141に書き込むためのものである。
The
近距離デバイス131は、近距離にある外部装置に、画像や電話番号などを基地局(図示しない)を介さずに赤外線通信によって送信するためのものである。
The short-
遠距離デバイス132は、基地局(図示しない)を介して通話や電子メールの送受信などを行うためのものである。
The long-
充電池151は、充電器に接続されることによって蓄電されるものであり、携帯電話機100に電力を供給する。
The
燃料電池300は、燃料を使って発電して、携帯電話機100に電力を供給するものであり、本発明の燃料電池の一実施形態に相当するものである。
The
本実施形態の携帯電話機は、基本的には以上のように構成されている。 The mobile phone of this embodiment is basically configured as described above.
続いて、燃料電池300について詳しく説明する。
Next, the
図5は、燃料電池300の概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the
燃料電池300は、発電を行う発電部310と、発電部310に燃料を供給する燃料供給部320と、発電部310に酸素を供給する酸素供給部330とで構成されている。
The
発電部310には、燃料極触媒層311、空気極触媒層312、および固体電解質層313が備えられている。
The
燃料極触媒層311は、気体燃料(本実施形態では、メタノール:CH3OH)の供給を受けて電子(e−)とプロトン(H+)を生成するものであり、本発明にいう負極の一例に相当する。
The fuel
空気極触媒層312は、燃料極触媒層311で発生したプロトン(H+)および電子(e−)を酸素(O2)を活物質として還元して水(H2O)を生成するものであり、本発明にいう正極の一例に相当する。空気極触媒層312としては、プロトンと酸素とから水を生成する電気化学反応を生じることが可能な触媒や触媒担持体と、プロトン伝導性高分子固体電解質とを混合したものを、固体電解質層313や空気極ガス拡散層333(後述する)に塗布したものが適用される。
The air
固体電解質層313は、燃料極触媒層311と空気極触媒層312との間に設けられ、燃料極触媒層311で生成されたプロトン(H+)を空気極触媒層312に輸送するものであり、本発明にいう電解質層の一例に相当する。固体電解質層313としては、プロトン伝導性を有する高分子材料などを適用することができ、例えば、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜などが好ましく、具体的には、Nafion N112(デュポン社製:登録商標)などを適用することができる。
The
また、燃料供給部320は、燃料極側筐体321と、燃料タンク323と、液体燃料気化膜324と、気化燃料拡散層325と、燃料極集電体326と、燃料極ガス拡散層327と、炭酸ガス排出口328とを備えている。
The
燃料タンク323は、液体燃料であるメタノール322が貯蔵されたものであり、図3に示すクレードル200に対して着脱自在に装着されている。燃料タンク323は、本発明にいう燃料タンクの一例に相当する。
The
液体燃料気化膜324は、燃料タンク323から染み出してきたメタノール322を気化して気体燃料を生成するものであり、本発明にいう燃料供給部の一例にあたるとともに、本発明にいう燃料気化層の一例にも相当する。液体燃料気化膜324は、燃料であるメタノール322と気化燃料拡散層325とを分離可能な膜であり、表面張力による分離性を有する多孔質膜や、浸透含浸性を有する非多孔質高分子材料などが好適である。例えば、高濃度メタノール水溶液に対する不溶性という点から、パーフルオロ系樹脂であるNafion(デュポン社製:登録商標)、フレミオン(旭硝子社製)、アシプレックス(旭化成社製)などを用いることができる。
The liquid
気化燃料拡散層325は、液体燃料気化膜324で気化された気体燃料を拡散するものである。気化燃料拡散層325の端部は、燃料電池300の発電部310外に露出した構成を有しており、その露出部分が、発電部310において発生する二酸化炭素を排出する炭酸ガス排出口328を形成している。
The vaporized
燃料極集電体326は、気体燃料を燃料極触媒層311に供給するためのものである。燃料極集電体326としては、表面がAuメッキされた、導電性を有する耐食性の高い合金(例えば、SUS304、SUS316など)を適用することができ、気体燃料や空気中の酸素を燃料極触媒層311に導入可能なメッシュ、エキスパンドメタル、発泡金属などといった形状を有していることが好ましい。
The fuel electrode
燃料極ガス拡散層327は、燃料極集電体326から供給された気化燃料を拡散して、拡散させた気体燃料を燃料極触媒層311に供給するものである。燃料極ガス拡散層327は、気体燃料や空気中の酸素を燃料極触媒層311に導入可能な多孔質体の形状を有していることが好ましく、燃料極触媒層311と燃料極集電体326との間に配置された状態で導電性を有する必要がある。このような材料として、例えば、カーボンペーパ(東レ社製)などを適用することができる。
The fuel electrode
また、酸素供給部330は、空気極側筐体331と、ガス交換部301と、空気極集電体332と、空気極ガス拡散層333を備えている。
The
空気極側筐体331には、通気孔331aが設けられており、ガス交換部301が通気孔331aを塞いでいる。空気極側筐体331は、本発明にいう筐体の一例にあたり、通気孔331aは、本発明にいう通気孔の一例に相当する。
The air
ガス交換部301は、差圧が125Paのときの通気度が1cc/cm2・sec以下の通気多孔質からなるものであり、本発明にいう多孔質部の一例に相当する。ガス交換部301と発電部310との間には、空間Pが設けられている。ガス交換部301としては、デュラポアメンブレンフィルターHVHP14250(日本ミリポア社製:通気度0.15cc/cm2・sec)などを適用することができる。
The
空気極集電体332は、ガス交換部301から供給された酸素を空気極触媒層312に供給するためのものであり、上述した燃料極集電体326と同様の材料を適用することができる。
The air electrode
空気極ガス拡散層333は、空気極集電体332から供給された酸素を拡散して、拡散させた酸素を空気極触媒層312に供給するためのものであり、上述した燃料極ガス拡散層327と同様の材料を適用することができる。
The air electrode
図6は、図3に示すクレードル200に装着された携帯電話機100の側面側を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the side of the
図6に示す断面図は、図5に示す燃料電池300を図の横方向に切断したときの断面図に相当する。図6に示すように、クレードル200には蓋220が備えられており、蓋220をあけて、燃料補給口323aからメタノールを注いで燃料タンク323に燃料を補給することができる。燃料補給口323aは、本発明にいう補給口の一例に相当する。また、本実施形態においては、発電体310の上下面それぞれと筐体との間にも空間Pが設けられている。
The cross-sectional view shown in FIG. 6 corresponds to the cross-sectional view when the
燃料タンク323に収容されたメタノール322は、液体燃料気化膜324を通過することによって気化され、気化燃料拡散層325、燃料極集電体326、および燃料極ガス拡散層327を介して燃料極触媒層311に供給される。
The
燃料極触媒層311では、気化燃料と水を使って、二酸化炭素と電子とプロトンが生成される。生成された二酸化炭素は、炭酸ガス排出口328を通って燃料電池300外に排気され、生成された電子は、回路部230に伝達されて接続部210および充電端子107を介して携帯電話機100に供給される。携帯電話機100から戻ってきた電子は、空気極触媒層312に供給される。また、生成されたプロトンは、固体電解質層313を通過して空気極触媒層312に供給される。
In the fuel
空気極触媒層312では、プロトンと電子がガス交換部301から供給された空気中の酸素を使って還元されて水が発生する。発生した水は、燃料極触媒層311側での電気化学反応に利用されるとともに固体電解質層313の加湿にも利用され、余剰な分がガス交換部301から排気される。
In the air
本実施形態においては、ガス交換部301が、差圧が125Paのときの通気度が1cc/cm2・sec以下の通気多孔質からなるものであり、燃料電池300の内部は外気Qによる対流の影響をほとんど受けないため、携帯電話機100を風の強い屋外で利用する場合であっても、燃料電池300内の水分量を適度に保って固体電解質層313を加湿することができ、安定して発電することができる。
In the present embodiment, the
また、空気極触媒層312の付近では、空気極触媒層312で発生した水が飽和した水面近傍層、水蒸気の濃度勾配を有する拡散層、および環境温度などによって蒸気圧が決定する環境雰囲気層とが形成されるが、本実施形態においては、発電部310とガス交換部301との間に空間Pが設けられており、外気の影響を受けにくい空間Pに拡散層が形成されるため、燃料電池300内の水分量を精度良く安定させることができる。
Further, in the vicinity of the air
以下、本発明の実施例について説明する。
(評価方法)
図5に示す燃料電池300と同様の構成を有する燃料電池において、ガス交換部301を変えた実施例、および比較例を用意した。
Examples of the present invention will be described below.
(Evaluation methods)
In the fuel cell having the same configuration as the
発電部310を構成する部品は、以下のものを利用した。
The following components were used for the components constituting the
燃料極触媒層311:Pt−Ru合金担持触媒TEC61E54(田中貴金属社製)
空気極触媒層312:Pt担持触媒TEC10E50E(田中貴金属社製)
固体電解質層313:NafionN112(デュポン社製:登録商標)
ガス交換部301として、以下のものを利用した。
Fuel electrode catalyst layer 311: Pt—Ru alloy supported catalyst TEC61E54 (Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.)
Air electrode catalyst layer 312: Pt-supported catalyst TEC10E50E (Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.)
Solid electrolyte layer 313: Nafion N112 (manufactured by DuPont: registered trademark)
The following was used as the
表1は、ガス交換部301を構成する材料を示す表である。
Table 1 is a table showing materials constituting the
表1に示す材料を1枚または複数枚重ねて通気度を調整した3つの実施例と2つの比較例を用意した。 Three examples and two comparative examples in which the air permeability was adjusted by stacking one or a plurality of materials shown in Table 1 were prepared.
表2は、実施例と比較例の通気度を示す表である。 Table 2 is a table | surface which shows the air permeability of an Example and a comparative example.
上記部品で構成された燃料電池を評価用燃料電池システムに設置し、環境風速5m/sec、および環境風速1m/secにおける燃料電池の出力値を測定した。環境風速1m/secにおける測定出力値のうち最も出力の大きい値を該燃料電池の最大出力値とし、環境風速5m/secにおける測定出力値が最大出力値の70%以上である場合に、評価結果は良好であると判定した。
(評価結果)
図7は、評価結果を示すグラフである。
The fuel cell composed of the above components was installed in an evaluation fuel cell system, and the output value of the fuel cell at an environmental wind speed of 5 m / sec and an environmental wind speed of 1 m / sec was measured. Evaluation result when the maximum output value of the fuel cell among the measured output values at the environmental wind speed of 1 m / sec is the maximum output value of the fuel cell, and the measured output value at the environmental wind speed of 5 m / sec is 70% or more of the maximum output value. Was determined to be good.
(Evaluation results)
FIG. 7 is a graph showing the evaluation results.
グラフの横軸は、表2に示す通気度を示しており、グラフの縦軸は、燃料電池の測定出力値を示している。 The horizontal axis of the graph represents the air permeability shown in Table 2, and the vertical axis of the graph represents the measured output value of the fuel cell.
また、環境風速1m/sec時の実施例及び比較例の評価結果は、黒塗りの四角でプロットされており、環境風速5m/sec時の実施例及び比較例の評価結果は、黒塗りのひし形でプロットされており、環境風速1m/sec時の比較例2の評価結果は、白抜き四角でプロットされており、環境風速5m/sec時の比較例2の評価結果は、白抜きのひし形でプロットされている。 In addition, the evaluation results of the examples and comparative examples when the environmental wind speed is 1 m / sec are plotted with black squares, and the evaluation results of the examples and comparative examples when the environmental wind speed is 5 m / sec are black diamonds. The evaluation result of Comparative Example 2 when the environmental wind speed is 1 m / sec is plotted with a white square, and the evaluation result of Comparative Example 2 when the environmental wind speed is 5 m / sec is a white diamond. It is plotted.
図7に示すように、環境風速5m/sec時においては、実施例1,2,3では測定出力値が最大出力値の70%を超えており、評価結果は良好であると判定されたが、比較例1,2では、測定出力値が最大出力値を大幅に下回っており、評価結果は不良と判定された。これは、比較例1,2では、ガス交換部301の通気度が高いため、環境風速5m/secといった強風時には、風によって固体電解質層313が乾燥してしまい、良好なイオン伝導性を得られないためであると考えられる。
As shown in FIG. 7, at the environmental wind speed of 5 m / sec, in Examples 1, 2 and 3, the measured output value exceeded 70% of the maximum output value, and the evaluation result was determined to be good. In Comparative Examples 1 and 2, the measured output value was significantly lower than the maximum output value, and the evaluation result was determined to be defective. In Comparative Examples 1 and 2, since the
以上の結果から、本発明の有用性が確認できた。 From the above results, the usefulness of the present invention was confirmed.
100 携帯電話機
100A 上側筐体
100B 下側筐体
100C 中間筐体
101 液晶パネル
102 送話口
104 選択ボタン
105 プッシュボタン
106 受話口
110 CPU
111 ROM
112 不揮発メモリ
113 RAM
121 マイクデバイス
122 表示デバイス
123 スピーカデバイス
124 キーデバイス
125 カメラデバイス
126 時計
131 近距離デバイス
132 遠距離デバイス
140 メディアコントローラ
151 充電池
200 クレードル
210 接続部
220 蓋
300 燃料電池
301 ガス交換部
310 発電部
311 燃料極触媒層
312 空気極触媒層
313 固体電解質層
320 燃料供給部
321 燃料極側筐体
323 燃料タンク
323a 燃料補給口
324 液体燃料気化膜
325 気化燃料拡散層
326 燃料極集電体
327 燃料極ガス拡散層
328 炭酸ガス排出口
330 酸素供給部
331 空気極側筐体
332 空気極集電体
333 空気極ガス拡散層
DESCRIPTION OF
111 ROM
112
121
Claims (5)
前記発電部を内部に収容した、気体が透過する通気孔が設けられた筐体と、
前記通気孔を塞ぐ、差圧が125Paのときの通気度が1cc/cm2・sec以下である通気多孔質からなる多孔質部とを備えたことを特徴とする燃料電池。 A negative electrode that oxidizes fuel to obtain electrons and protons, an electrolyte layer through which the protons pass, and an electrolyte layer sandwiched between the negative electrode and the protons and electrons that are reduced using oxygen as an active material to form water A power generation unit with a positive electrode for generating
A housing that houses the power generation unit and is provided with a gas permeable air hole;
A fuel cell comprising: a porous portion made of a porous porous material that blocks the air hole and has an air permeability of 1 cc / cm 2 · sec or less when the differential pressure is 125 Pa.
前記燃料タンクに収容された燃料を前記負極に供給する燃料供給部とを備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池。 A fuel tank containing the fuel;
The fuel cell according to claim 1, further comprising: a fuel supply unit that supplies the fuel stored in the fuel tank to the negative electrode.
前記燃料タンクは、少なくとも前記燃料が透過する開口が設けられたものであり、
前記燃料供給部は、前記開口に設けられた、前記燃料を気化して前記負極に供給する燃料気化層であることを特徴とする請求項3又は4記載の燃料電池。 The fuel is a liquid fuel;
The fuel tank is provided with at least an opening through which the fuel passes,
5. The fuel cell according to claim 3, wherein the fuel supply unit is a fuel vaporization layer provided in the opening to vaporize the fuel and supply the fuel to the negative electrode.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005112172A1 (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
JP2006190656A (en) * | 2004-12-07 | 2006-07-20 | Nitto Denko Corp | Ventilation member, ventilation casing and electrical component using the same |
WO2006101033A1 (en) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
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---|---|---|---|---|
WO2005112172A1 (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
JP2006190656A (en) * | 2004-12-07 | 2006-07-20 | Nitto Denko Corp | Ventilation member, ventilation casing and electrical component using the same |
WO2006101033A1 (en) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6012049572; 紙研ニュース No.12, 200903 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008305708A (en) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Sharp Corp | Fuel cell |
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