專利名稱：燃料電池用容器和燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能收容電解質(zhì)構(gòu)件的由陶瓷構(gòu)成的小型且高可靠性的燃電池用容器以及使用它的燃料電池。
背景技術(shù)：
近年來，迄今為止在低溫下工作的小型燃料電池的開發(fā)很活躍。對于燃料電池，按它所用的電解質(zhì)種類已知有固體高分子電解質(zhì)型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell；以下稱為PEFC)、磷酸型燃料電池、或者固體電解質(zhì)型燃料電池等。
其中PEFC的工作溫度是80～100℃左右這樣的低溫，有如下這樣優(yōu)良的特長(1)輸出密度高，能小型化輕量化；(2)電解質(zhì)無腐蝕性，而且由于工作溫度低，從耐蝕方面看對電池構(gòu)成材料的限制小，所以容易降低成本；(3)由于能在常溫下起動(dòng)，所以起動(dòng)時(shí)間短，這樣一來，PEFC靈活運(yùn)用以上這樣的特長，不但能適用于車輛用驅(qū)動(dòng)電源、家庭用的綜合能源系統(tǒng)等，而且也考慮用作便攜式電話、PDA(Personal Digital Assistants)、筆記本電腦、數(shù)字照像機(jī)及錄像機(jī)等輸出為數(shù)瓦～數(shù)十瓦的便攜式電子機(jī)器的電源。
PEFC在結(jié)構(gòu)上大致有例如由附著了鉑、鉑-釕等催化劑微粒的炭素電極構(gòu)成的燃料極(陽極)；由附著了鉑等催化劑微粒的炭素電極構(gòu)成的空氣極(陰極)和夾裝在燃料極與空氣極之間的薄膜狀的電解質(zhì)構(gòu)件。這里，通過改質(zhì)部抽出的氫氣(H2)供給燃料極，另一方面大氣中的氧氣(O2)供給空氣極，借助電化學(xué)反應(yīng)生成規(guī)定的電能(發(fā)電)，即生成成為對負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源(電壓/電流)的電能。
具體地說，氫氣(H2)供給燃料電極后，如下面的化學(xué)反應(yīng)式(1)所示，借助上述催化劑產(chǎn)生分離了電子(e-)的氫離子(質(zhì)子；H+)，通過電解質(zhì)構(gòu)件在空氣極側(cè)通過，同時(shí)借助構(gòu)成燃料極的炭素電極取出電子(e-)并供給負(fù)載。
(1)另一方面，空氣供給空氣極后，如下面的化學(xué)反應(yīng)式(2)所示，借助上述催化劑，經(jīng)由負(fù)載的電子(e-)和通過電解構(gòu)件的氫離子(H+)以及空氣中的氧氣(O2)進(jìn)行反應(yīng)生成水(H2O)。
(2)這樣一系的電化學(xué)反應(yīng)(式(1)和式(2))大約在80～100℃的比較低的溫度條件下進(jìn)行，電力以外的副產(chǎn)物基本上只有(H2O)。
構(gòu)成電解質(zhì)構(gòu)件的離子導(dǎo)電膜(交換膜)已知有具有磺酸基的聚苯乙烯系的陽離子交換膜、氟代烴磺酸與聚偏氯乙烯的混合膜、以及將三氟乙烯接枝化到氟代烴基質(zhì)后的膜，最近全氟代烴磺酸膜(例如商品名ナフイオン，デユボン社制)等正在被應(yīng)用。
圖4示出現(xiàn)有的燃料電池(PEFC)的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在該圖中，21是PEFC，23是電解質(zhì)構(gòu)件，24和25是配置在電解質(zhì)構(gòu)23上用以挾持電解質(zhì)構(gòu)件并具有作為氣體擴(kuò)散層和催化劑層功能的一對多孔質(zhì)電極，即燃料極和空氣極，26是氣體分離器，28是燃料流路，29是空氣流路，30是集電極，31是緊固板，32是螺栓。
氣體分離器26由形成氣體分離器26的外形的層疊部和氣體流入流出框架、分離燃料流路28和空氣流路29的分離器部、以及貫通該分離器部設(shè)置的并與電解質(zhì)構(gòu)件23的燃料極24和空氣極25對應(yīng)配置的電極構(gòu)成。通過氣體分離器26層疊多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件23的燃料極24、空氣極25使之電串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，用集電極30取出電能，用緊固板31將各氣體分離器借助螺栓32使之有必要的表面壓力那樣進(jìn)行緊固固定，作為電池最小單位的燃料電池組，將該燃料電池組收容在箱體中，此即通常的PEFC主體。
通過在氣體分離器26形成的燃料流路28，從改質(zhì)器向燃料極24供給含有水蒸氣的燃料氣體(富含氫的氣體)，而通過空氣流路29從大氣中向空氣極25供給作為氧化劑的空氣，借助在電解質(zhì)構(gòu)件23的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。
相關(guān)技術(shù)的專利文獻(xiàn)特開2001-266910號公報(bào)特表2001-507501號公報(bào)然而，作為這樣的高電壓、高容量的電池，迄今提出并被開發(fā)的燃料電池21是有組套結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成要素被大面積化、大重量化，是一種大型的電池，作為小型電池的燃料電池的利用，以往幾乎未加考慮。
即，對這樣的燃料電池21的現(xiàn)有的氣體分離器26來說，在用其將電解質(zhì)構(gòu)件23層疊后的層疊體中，由于電解質(zhì)構(gòu)件23的側(cè)面向外部露出，攜帶時(shí)出現(xiàn)掉下來等情況容易受到損傷，存在難以保證燃料電池21總體的機(jī)械可靠性的問題。
為了在便攜式電子機(jī)器上裝載燃料電池21，就需要與現(xiàn)有的大型燃料不同的，在緊湊性、簡便性、安全性方面優(yōu)良的燃料電池用容器。即，為了用作通用的化學(xué)電池這樣的便攜電源，為了使升達(dá)工作溫度的過程短時(shí)間化，也為使熱容量減少，雖然有必要使燃料電池用容器小型化、低高度化，但在現(xiàn)有的燃料電池21中占有熱容量比率的大部分的氣體分離器26，特別是在對石墨板的表面進(jìn)行切削加工形成流路的氣體分離器26的情況下等，由于壁薄容易破裂，所以要有數(shù)mm的厚度。所以存在小型化、低高度化困難這樣的問題。
進(jìn)而，燃料電池21的輸出電壓存在在氣體分離器26的厚度厚時(shí)電阻變大，其結(jié)果相對輸出電流的電壓損失增加，使輸出電壓下降的問題。多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件23及與其相對的燃料極24、空氣極25和氣體分離器26的組合被任意高效地串聯(lián)連接或并聯(lián)連接，雖然有必要調(diào)整總體的輸出電壓和輸出電流，但對現(xiàn)有的燃料電池21來說，為了從夾持電解質(zhì)構(gòu)件23的燃料極和空氣極取出電能，用集電極30向外部引出并與外部電路連接，用緊固板31使多個(gè)氣體分離器26作為導(dǎo)電性材料疊合成為串聯(lián)連接的方法，有必要使緊固板31和螺栓32與集電極30絕緣，在小型燃料電池中使零部件數(shù)增加，薄型化困難，進(jìn)而還存在電池間電連接的自由度減少的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題而完成的，其目的在于提供一種能收容電解質(zhì)構(gòu)件的小型的牢固的并有高效率電連接的可靠性的燃料電池用容器以及使用它的燃料電池。
本發(fā)明是包括互相疊合的多個(gè)單元體的燃料電池用容器，各單元體具有在一方側(cè)有收容電解質(zhì)構(gòu)件的凹部的由陶瓷構(gòu)成的基體，所述的電解質(zhì)構(gòu)件在一方主面和另一方主面上分別有第1電極和第2電極；從與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述一方主面相對的上述凹部的底面到上述基體的外面而形成的第1流體流路；一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第1電極相對的上述凹部的底面，另一端引到上述基體的外面而形成的第1布線導(dǎo)線；覆蓋上述凹部并粘合在上述基體的上述凹部周圍的一面上的使上述凹部氣密密封的蓋體；從與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述另一主面相對的上述蓋體的一面到上述蓋體的外面而形成的第2流體流路；和一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第2電極相對的上述蓋體的一面上，另一端向上述蓋體的外面導(dǎo)出的第2布線導(dǎo)體；另外，一方單元體的上述第1布線導(dǎo)體與疊合并隣接的另一方單元體的上述第2布線導(dǎo)體電連接，同時(shí)在上述單元體的側(cè)面，在與鄰接的上述單元體疊合一側(cè)的端部形成凸部，鄰接的上述凸部之間被粘合。
本發(fā)明是包括互相疊合的多個(gè)單元體的燃料電池用容器，各單元體具有在一側(cè)有多個(gè)收容電解質(zhì)構(gòu)件的凹部的由陶瓷構(gòu)成的基體，所述的電解質(zhì)構(gòu)件在一方主面上和另一方主面上分別有第1電極和第2電極；從與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述一方主面相對的上述凹部的底面到上述基體的外面而形成的第1流體流路；一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第1電極相對的上述凹部的底面，另一端向上述基體的外面導(dǎo)出形成的第3布線導(dǎo)體；覆蓋上述凹部并粘合在上述基體的上述凹部周圍的一方面上的使上述凹部氣密密封的蓋體；從與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述另一方主面相對的上述蓋體的一方的面到上述蓋體的外面而形成的第2流體流路；一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第2電極相對的上述蓋體的一面上、另一端向上述蓋體的外面導(dǎo)出的第4布線導(dǎo)線；在上述基體上形成、一端在上述多個(gè)凹部中的一個(gè)的底面與和上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第1電極相對的第3布線導(dǎo)體連接，同時(shí)另一端在上述多個(gè)凹部的另一個(gè)的底面與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第1電極相對的第3布線導(dǎo)體連接的第5布線導(dǎo)體；另外，一方的單元體的上述第3布線導(dǎo)體與疊合并鄰接的另一方單元體的上述第4布線導(dǎo)體電連接，同時(shí)在上述單元體的側(cè)面，在與鄰接的上述單元體疊合的一側(cè)的端部形成凸部，使鄰接的上述凸部之間粘合。
本發(fā)明是包括互相疊合的多個(gè)單元體的燃料電池用容器，各單元體包括在一側(cè)有多個(gè)收容電解質(zhì)構(gòu)件的凹部的由陶瓷構(gòu)成的基體，所述的電解質(zhì)構(gòu)件在一方主面和另一方主面上分別有第1電極和第2電極；從與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述一方主面相對的上述凹部的底面到上述基體的外面形成的第1流體流路；一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第1電極相對的上述凹部的底面，另一端引向上述基體的外面而形成的第6布線導(dǎo)線；覆蓋上述凹部并粘合在上述基體的上述凹部周圍的一方的面上并使上述凹部氣密密封的蓋體；從與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述另一方主面相對的上述蓋體的一面到上述蓋體的外面形成的第2流體流路；一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第2電極相對的上述蓋體的一面上，另一端向上述蓋體的外面導(dǎo)出的第7布線導(dǎo)體；另外，該燃料電池用容器還具備一端在上述多個(gè)凹部中的一個(gè)的底面與和上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第1電極相對的第6布線導(dǎo)體連接，同時(shí)另一端向上述基體的粘合著上述蓋體的一面導(dǎo)出的第8布線導(dǎo)體；一端在上述蓋體的一面，與和上述多個(gè)凹部中和另一個(gè)的上述電解質(zhì)構(gòu)件的上述第2電極相對的第7布線導(dǎo)體連接，同時(shí)另一端向粘合在上述基體的上述一面上的上述蓋體的一面導(dǎo)出使之與上述第8布線導(dǎo)體的另一端相對的第9布線導(dǎo)體；另外，一方單元體的上述第6布線導(dǎo)體與疊合并鄰接的另一方單元體的上述第7布線導(dǎo)體電連接，同時(shí)在上述單元體的側(cè)面，在與鄰接的上述單元體疊合的一側(cè)的端部形成凸部，使鄰接的上述凸部之間粘合。
本發(fā)明的特征在于上述第8布線導(dǎo)體設(shè)置在上述另一方單元體上，上述第9布線導(dǎo)體設(shè)置在上述一方單元體上，上述第8布線導(dǎo)體和上述第9布線導(dǎo)體用連接用布線導(dǎo)體連接。
本發(fā)明的特征還在于粘結(jié)上述凸部之間的粘接劑由熱固化性樹脂構(gòu)成，其固化溫度在200℃以下。
本發(fā)明的特征在于上述基體和蓋體，其彎曲強(qiáng)度在200MPa以上。
本發(fā)明的特征在于上述基體和蓋體的厚度是0.2～5mm。
本發(fā)明的特征還在于上述基體和蓋體由相對密度在90％以上的氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成。
另外，本發(fā)明是一種燃料電池，其特征在于它包括在一方主面和上側(cè)主面上分別有第1電極和第2電極的電解質(zhì)構(gòu)件；和上述燃料電池用容器；將上述電解質(zhì)構(gòu)件收容在上述燃料電池用容器的上述凹部，在該電解質(zhì)構(gòu)件的上述一方主面與上述第1流體流路之間和另一方主面與上述第2流體流路之間各流體能互換那樣配置，同時(shí)使上述第1布線導(dǎo)體與上述第1電極電連接，使上述第2布線導(dǎo)體與上述第2電極電連接，使上述蓋體覆蓋上述凹部粘合在上述基體的上述凹部周圍的一面上而構(gòu)成。
本發(fā)明是一種燃料電池，其特征在于它包括在一方主面和另一方主面上分別有第1電極和第2電極的電解質(zhì)構(gòu)件；和上述燃料電池用容器；將上述電解質(zhì)構(gòu)件收容在上述燃料電池用容器的多個(gè)上述凹部，在該電解質(zhì)構(gòu)件的上述一方主面與上述第1流體流路之間和另一方主面與上述第2流體流路之間各流體能交換那樣配置，同時(shí)分別使上述第3布線導(dǎo)體與上述第1電極電連接，使上述第4布線導(dǎo)體與上述第2電極電連接，使上述第5布線導(dǎo)體與上述第3布線導(dǎo)體電連接，使上述蓋體覆蓋上述凹部粘合在上述基體的上述凹部周圍的一面上而構(gòu)成。
本發(fā)明是一燃料電池，其特征在于它包括在一方主面和另一方主面上分別有第1電極和第2電極的電解質(zhì)構(gòu)件；和上述燃料電池用容器，使上述電解質(zhì)構(gòu)件收容在上述燃料電池用容器的多個(gè)上述凹部，在該電解質(zhì)構(gòu)件的上述一方主面與上述第1流體流路之間和另一方主面與上述第2流體流路之間各流體能交換那樣配置，同時(shí)分別使上述第6布線導(dǎo)體與上述第1電極電連接，使第7布線導(dǎo)體與上述第2電極電連接，使上述第8布線導(dǎo)體的一端與上述第6布線導(dǎo)體電連接，使上述第9布線導(dǎo)體的一端與上述第7布線導(dǎo)體電連接，在上述基體的上述凹部周圍的一面覆蓋上述凹部，同時(shí)連接上述第8和第9布線導(dǎo)體的上述各另一端并粘合上述蓋體而構(gòu)成。
本發(fā)明使用的燃料電池用容器具有在一側(cè)上有收容電解質(zhì)構(gòu)件的凹部的由陶瓷構(gòu)成的基體，所述的電解質(zhì)構(gòu)件在一方主面和另一方主面上分別有第1和第2電極，和覆蓋凹部并粘合在該基體的凹部周圍的一面上的氣密密封凹部的蓋體。因此，由于氣密密封燃料電池用容器，無氣體等流體的泄漏，除該容器外，無須設(shè)置封裝等容器，在獲得能高效工作的燃料電池的同時(shí)，也能有效地小型化。由于將多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件收容在由一面上有凹部的由陶瓷構(gòu)成的基體和密封凹部的蓋體形成的箱體內(nèi)，所以不會使電解質(zhì)構(gòu)件露到容器外部而受到損傷，提高了燃料電池整體的機(jī)械可靠性。由于除了一端配置在由凹部和蓋體構(gòu)成的容器內(nèi)部的第1與第2布線導(dǎo)體、或第3、第4與第5布線導(dǎo)體、或第6、第7、第8與第9布線導(dǎo)體外，與電解質(zhì)構(gòu)件本身不進(jìn)行無用的電接觸，因而能獲得可靠性和安全性都高的燃料電池。進(jìn)而由于使用陶瓷作為燃料電池用容器的構(gòu)成材料，所以能獲得對以各種氣體為主的流體有優(yōu)良的耐蝕性的燃料電池。
由于具有從與電解質(zhì)構(gòu)件的一方主面相對的凹部的底面到基體的外面形成的第1流體流路和從與電解質(zhì)構(gòu)件的另一方主面相對的蓋體的一面到蓋體的外面形成的第2流體流路，所以各流體流路設(shè)置在挾持電解質(zhì)構(gòu)件并分別相對的內(nèi)壁面上。因而能提高向電解質(zhì)構(gòu)件供給的流體的均勻供給性。
由陶瓷構(gòu)成的基體和蓋體，與作為現(xiàn)有材料的碳鑄型材料比較，由于強(qiáng)度大所以能使之薄，能使基體和蓋體的電阻下降，其結(jié)果能提供減少電壓損失的高輸出的燃料電池。
另外，不用集電板和緊固板而用粘接劑粘結(jié)凸部來固定單元體，因而零部件數(shù)減少，能薄型化。
由于在基體與蓋體上形成各流體流路，各流體流路的密封性優(yōu)良，不存在以往的應(yīng)該流路隔絕的2種原料流體(例如氧氣、氫氣或甲醇等)混合而不能發(fā)揮燃料電池的功能的情況，以及不存在高溫下混合可燃性流體而產(chǎn)生起火爆炸的危險(xiǎn)，所以能提供安全的燃料電池。
如按照本發(fā)明，燃料電池將電解質(zhì)構(gòu)件收容在本發(fā)明的燃料電池用容器的凹部，在第1和第2流體流路之間，各流體沿電解質(zhì)構(gòu)件的一方主面和另一方主面可交換地配置，同時(shí)將第1和第2電極分別與第1和第2布線導(dǎo)體電連接，將蓋體覆蓋凹部地粘合在基體凹部周圍的一面上而構(gòu)成。由于用布線導(dǎo)體能自由地進(jìn)行電布線，所以能得到所要求的電壓、電流。
由此，能獲得具有以上這樣的本發(fā)明的燃料電池用容器的特長的，小型、牢固、氣體均勻供給、高效電連接的可靠性高的燃料電池。
進(jìn)而如按照本發(fā)明，燃料電池用容器由于具備在基體上形成的、一端在上述多個(gè)凹部的一個(gè)底面與和電解質(zhì)構(gòu)件的第1電極相對的第3布線導(dǎo)體連接而另一端在上述多個(gè)凹部的另一個(gè)底面與和電解質(zhì)構(gòu)件的第一電極相對的第3布線導(dǎo)體連接的第5布線導(dǎo)體，因此，通過使多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件電連接而能將它們并聯(lián)連接。其結(jié)果，由于能調(diào)整燃料電池總體的輸出電流，所以能在良好的狀態(tài)下向外部取出在電解質(zhì)構(gòu)件電化學(xué)產(chǎn)生的電能。
進(jìn)而如按照本發(fā)明，燃料電池用容器具備在有收容電解質(zhì)構(gòu)件的多個(gè)凹部的基體和在其上粘合著的蓋體上形成的，一端在上述多個(gè)凹部中的一個(gè)底面與和電解質(zhì)構(gòu)件的第一電極相對的第6布線導(dǎo)體連接而另一端在基體的一面的粘合著蓋體的部位導(dǎo)出的第8布線導(dǎo)體；和一端在蓋體的一面與和上述多個(gè)凹部中的另一個(gè)的電解質(zhì)構(gòu)件的第2電極相對的第7布線導(dǎo)體連接而另一端在蓋體的一面的與基體的一面粘合的部位上導(dǎo)出使之與第8布線導(dǎo)體的另一端相對的第9布線導(dǎo)體。因此，通過將多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件電連接而能將它們串聯(lián)連接。其結(jié)果，由于用一個(gè)一個(gè)的電解質(zhì)構(gòu)件發(fā)電，即使是微小電壓，也能通過串聯(lián)連接調(diào)整合計(jì)的電壓，因而能在良好的狀態(tài)下向外部取出用電解質(zhì)構(gòu)件電化學(xué)產(chǎn)生的電能。
此外，如按照本發(fā)明，燃料電池，將電解質(zhì)構(gòu)件收容在本發(fā)明的燃料電池用容器的凹部，在第1和第2流體流路之間，沿該電解構(gòu)件的一方主面和另一方主面能互換那樣配置各流體，同時(shí)分別將第1和第2電極與第1～第2布線導(dǎo)體、第3～第5布線導(dǎo)體、第6～第9布線導(dǎo)體電連接，將蓋體覆蓋凹部粘合在基體凹部周圍的上面而構(gòu)成。從而能獲得具有以上這樣的本發(fā)明的燃料電池用容器的特長的，能小型、牢固、高效率電連接的可靠性高的燃料電池，同時(shí)由于通過并聯(lián)連接多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件能調(diào)整燃料電池總體的輸出電流，或者通過串聯(lián)連接多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件能調(diào)整合計(jì)的電壓，從而能在良好的狀態(tài)下向外部取出用電解質(zhì)構(gòu)件電化學(xué)產(chǎn)生的電能。
因此，本發(fā)明的燃料電池用容器和燃料電池有良好的緊湊性、簡便性和安全性，流體能均勻供給，借助高效率的電連接，能長期穩(wěn)定的工作。
如按照本發(fā)明，燃料電池，將電解質(zhì)構(gòu)件收容在本發(fā)明的燃料電池用容器的凹部，在第1和第2流體流路之間，各流體沿該電解質(zhì)構(gòu)件的一方主面與另一方主面能交換地配置，同時(shí)使第1和第2電極分別與第1和第2布線導(dǎo)體電連接，由于覆蓋凹部將蓋體粘合在基體凹部周圍的上面而構(gòu)成，所以電解質(zhì)構(gòu)件不會露出受到損傷。由于除了一端配置在由凹部和蓋體構(gòu)成的容器內(nèi)部的第1和第2布線導(dǎo)體之外，與電解質(zhì)構(gòu)件沒有無用的電接觸，能獲得可靠性和安全性高的燃料電池。由于第1和第2流體流路隔著電解質(zhì)構(gòu)件設(shè)置在作為分別相對的內(nèi)壁面的基體凹部的底面和蓋體的一面，所以能提高向電解質(zhì)構(gòu)件供給的氣體的均勻供給性，由于不會使向電解質(zhì)構(gòu)件的第一電極以及第二電極供給的氣體分壓下降，所以能得到規(guī)定的穩(wěn)定的輸出電壓。而且能抑制在電解質(zhì)構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)力，提高可靠性。
進(jìn)而如按照本發(fā)明，燃料電池由于用第1～第9布線導(dǎo)體能自由地三維布線，因而能將多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件任意地串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。其結(jié)果，由于能高效地調(diào)整總體的輸出電壓和輸出電極，因而能良好地向外部取出用電解質(zhì)構(gòu)件電化學(xué)生成的電能。
燃料電池由于能用粘接劑固定相鄰接的凸部之間，不必使用安裝部件，因能更進(jìn)一步的使燃料電池低高度化。


圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施例的燃料電池用容器和使用它的燃料電池的剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明第2實(shí)施例的燃料電池用容器和使用它的燃料電池的剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的燃料電池用容器和使用它的燃料電池的剖面圖。
圖4是表示現(xiàn)有的燃料電池用容器和使用它的現(xiàn)有的燃料電池的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的燃料電池用容器以及使用它的燃料電池的剖面圖。在該圖中，1-燃料電池、2-燃料電池用容器、3-電解質(zhì)構(gòu)件、4-第1電極、5-第二電極、6-基體、7-蓋體、8-第1流體流路、9-第2流體流路、10-第1布線導(dǎo)體、11-第2布線導(dǎo)體、12-凸部、13-燃料電池用容器的單元體、14-粘接劑。
電解質(zhì)構(gòu)件3例如使成為陽極側(cè)電極的燃料極(未示出)和成為陰極側(cè)電極的空氣極(未示出)一體地形成在離子導(dǎo)電膜(交換膜)的兩主面上，第1電極4形成在作為一方主面的下側(cè)主面，第2電極5形成在作為另一方主面的上側(cè)主面上。而且，使用電解質(zhì)構(gòu)件3發(fā)電的電流流向第1電極、第2電極并能向外部取出。
這樣的電解質(zhì)構(gòu)件3的離子導(dǎo)電膜(交換膜)由全氟碳磺酸樹脂，例如“ナフイオン”，商品名，デユボン社制)等質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換樹脂構(gòu)成。燃料極和空氣極是多孔質(zhì)狀態(tài)的氣體擴(kuò)散電極，兼有多孔質(zhì)催化劑層和氣體擴(kuò)散層兩種功能。這些燃料極和空氣極用借助聚四氟乙烯這樣的疏水性樹脂粘合劑保持承載有鉑、鈀或者它們的合金等催化劑的導(dǎo)電性微粒子例如碳微粒子的多孔質(zhì)體構(gòu)成。
電解質(zhì)構(gòu)件3的下側(cè)主面的第1電極4和上側(cè)主面的第2電極5用如下方法形成，即將帶有鉑、鉑-釕等催化劑微粒子的碳素電極熱壓到電解質(zhì)構(gòu)件3上的方法，或者將帶有鉑、鉑-釕等催化劑微粒子的碳素電極材料和使電解質(zhì)材料分散的溶液的混合物涂敷或復(fù)制到電解質(zhì)上的方法等。
燃料用電池用容器2是將多個(gè)單元體13互相疊合構(gòu)成。各單元體13由有凹部的基體6和蓋體7構(gòu)成，有將電解質(zhì)構(gòu)件3裝到凹部的內(nèi)部并進(jìn)行氣密密封的作用，用氧化鋁(Al2O3)燒結(jié)體、富鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2)燒結(jié)體、碳化硅(SiC)燒結(jié)體、氮化鋁(AlN)燒結(jié)體、氧化硅(Si3N4)燒結(jié)體、玻璃陶瓷燒結(jié)體等陶瓷材料形成。
玻璃陶瓷燒結(jié)體由玻璃成分和填料成分構(gòu)成，作為玻璃成分舉例有SiO2-B2O3系、SiO2-B2O3-Al2O3系、SiO2-B2O3-Al2O3-MO系(其中M表示Ca、Sr、Mg、Ba或Zn)、SiO2-Al2O3-M1O-M2O系)(其中M1和M2相同或不同，表示Ca、Sr、Mg、Ba或Zn)、SiO2-B2O3-Al2O3-M1O-M2O系(其中M1和M2與上述相同)、SiO2-B2O3-M32O系(其中M3表示Li、Na或K)、SiO2-B2O3-Al2O3-M32O系(其中M3與上述相同)、Pb系玻璃、Bi系玻璃等。
作為填料成分舉例有Al2O3、SiO2、ZrO2與堿土類金屬氧化物的復(fù)合氧化物、TiO2與堿土類金屬氧化物的復(fù)合氧化物、包括從Al2O3和SiO2選出的至少一種的復(fù)合氧化物(例如尖晶石、富鋁紅柱石、堇青石)等。
燃料電池用容器2的單元體13，由有凹部的基體6和蓋體7構(gòu)成。為了通過覆蓋凹部將蓋體7粘合在基體6的凹部周圍來氣密密封凹部，通過用焊料或銀釬料等金屬接合材料的接合、用環(huán)氧等樹脂材料的接合，將用鐵合金等制成的密封圈等接合到基體6的凹部周圍的一方主面上，用縫焊、電子束、激光等進(jìn)行熔接的方法等，將蓋體7粘合到基體6上。在蓋體7上也可以形成與基體6同樣的凹部。
基體6和蓋體7，為使其厚度分別變薄，使燃料電池1能低高度化，作為機(jī)械強(qiáng)度的彎曲強(qiáng)度最好在200MPa以上。
基體6和蓋體7最好用例如由相對密度在90％以上的致密物質(zhì)構(gòu)成的氧化鋁燒結(jié)體形成。如為該情況，例如首先將稀土類氧化物粉末或燒結(jié)助劑添加到氧化鋁粉末中并混合，來調(diào)整氧化鋁燒結(jié)體的原料粉末。接著將有機(jī)粘接劑和分散劑添加到該氧化鋁燒結(jié)體的原料粉末中并混合使之料漿化，用對該料漿刮刀法，或者將有機(jī)粘接劑加到原料粉末通過沖壓成形、壓延成形，制作規(guī)定厚度的型板。然后借助用金屬模的沖裁、微孔機(jī)、激光等，對該型板，形成作為第1流體流路8和第2流體流路9的貫通孔，和用以配置第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11的貫通孔。
為了防止氧化，第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11，最好用鎢和/或鉬形成。如為該情況，例如，作為無機(jī)成分，調(diào)制相對100質(zhì)量份的鎢和/或鉬粉末分別按3～20質(zhì)量份和0.5～5質(zhì)量份的比率添加Al2O3和Nb2O5而成的導(dǎo)體料漿。將該料漿填充到型板的貫通孔內(nèi)，形成作為貫通導(dǎo)體的通孔導(dǎo)體。
為了提高與基體6、蓋體7的陶瓷的密合性，也可以按例如0.05～2體積％的比率向這些導(dǎo)體料漿中添加氧化鋁粉末或與形成基體6和蓋體7的陶瓷成分相同的組合物粉末。
向基體6、蓋體7的表層和內(nèi)層的第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11的形成，在向貫通孔填充導(dǎo)體料漿形成通孔導(dǎo)體的前后或同時(shí)，用網(wǎng)板印刷、照相凹板印刷等方法，將同樣的導(dǎo)體料漿對型板進(jìn)行印刷涂布成規(guī)定圖案而形成。
然后，將印刷充填了導(dǎo)體料漿的規(guī)定數(shù)量的板狀成形體調(diào)成適合位置并層疊壓合后，將該層疊體在例如非氧化性氣氛中按1200～1500℃的溫度的最高燒結(jié)溫度進(jìn)行燒結(jié)，獲得作為目的的陶瓷的基體6、蓋體7和第1布線導(dǎo)體10、第2布線導(dǎo)體11。
陶瓷構(gòu)成的基體6和蓋體7最好使其厚度在0.2mm以上。厚度不足0.2mm，因強(qiáng)度下降，由于將蓋體7粘合到基體6上時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，有容易產(chǎn)生基體6和蓋體7破裂等的傾向。另一方面，厚度如超過5mm，因薄型化、低高度化困難，不適于用作在小型便攜式機(jī)中安裝的燃料電池，此外因熱容量變大，有難以靈活設(shè)定為與電解質(zhì)構(gòu)件3的電化學(xué)反應(yīng)條件相當(dāng)?shù)倪m當(dāng)?shù)臏囟鹊膬A向。
第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11分別與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4和第2電極5電連接，有用以向燃料電池用容器2外部取出在電解質(zhì)構(gòu)件3發(fā)電的電流的作為導(dǎo)電電路的功能，還兼有現(xiàn)有的集電板的功能。
第1布線導(dǎo)體10，其一端配置在基體6的凹部底面的與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4相對的部位，另一端向基體6的外面導(dǎo)出而形成。這樣的第1布線導(dǎo)體10如上所述，與基體6一體形成，希望形成得使第1布線導(dǎo)體10容易與第1電極4接觸，離基體6的凹部的底面10μm以上。為了獲得該高度，如上所述，在印刷涂布導(dǎo)體料漿而形成時(shí)，也可以設(shè)定印刷條件使之增厚。第1布線導(dǎo)體10與第1電極4相對配置多個(gè)，希望減少第1布線導(dǎo)體10造成的電損失，對第1布線導(dǎo)體10的基體6的貫通孔來說，直徑最好在50μm以上。
第2布線導(dǎo)體11，其一端設(shè)置在作為蓋體7的一面的下面的與電解質(zhì)構(gòu)件3的第2電極5相對的部位，另一端向蓋體7的外面導(dǎo)出而形成。這樣的第2布線導(dǎo)體11也與第1布線導(dǎo)體10同樣，與蓋體7一體形成，希望形成得使第2布線導(dǎo)體11易于與第2電極5接觸并距蓋體7的下面10μm以上。為獲得該高度，如上所述，在印刷涂布導(dǎo)體料漿而形成時(shí)，可以設(shè)定印刷條件使之變厚。第2布線導(dǎo)體11與第2電極5相對并配置多個(gè)，希望減少第2布線導(dǎo)體11造成的電損失，對第2布線導(dǎo)體11的蓋體7的貫通部來說，直徑最好在50μm以上。
對這些第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11來說，將由鎳金屬構(gòu)成的導(dǎo)電性好、耐腐蝕并與釬料材料的浸潤性良好的金屬用電鍍法被覆在其露出的表面上，能使第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11、與第一布線導(dǎo)體10以及第2布線導(dǎo)體11以及外部電路有良好的電連接。因而第1布線導(dǎo)體10和第2布線導(dǎo)體11最好將由鎳構(gòu)成的導(dǎo)電性好且耐腐蝕并與釬焊材料的浸潤性良好的金屬，用電鍍法被覆在其露出的表面上。
而且，這些第1與第2布線導(dǎo)體10、11和第1與第2電極4，5的電連接，可以用通過用基體6和蓋體7挾裝電解質(zhì)構(gòu)件3，使第1與第2布線導(dǎo)體10、11和第1與第2電極4、5壓接接觸進(jìn)行電連接等結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。
各第1流體流路8和第2流體流路9配置在與第1電極4和第2電極5相對的基體6的凹部的底面和蓋體7的下面，第1流體流路8設(shè)在基體6的外面，第2流體流路9設(shè)在蓋體7的外面。這些第1和第2流體流路8，9被設(shè)置成借助在基體6和蓋體7上分別形成的貫通孔或槽，用作燃料氣體例如富含氫的改性氣體或者氧化劑氣體例如空氣等的向電解質(zhì)構(gòu)件3供給的流體的通路，或者用作由反應(yīng)生成的水等的在反應(yīng)后從電解質(zhì)構(gòu)件3排出的流體的流路。
在基體6和蓋體7上形成的貫通孔或槽，作為第1流體流路8和第2流體流路9，可以按照燃料電池1的規(guī)格決定貫通孔的直徑、數(shù)目或槽的寬度、深度、配置使均勻地向電解質(zhì)構(gòu)件3供給燃料氣體、氧化劑氣體等流體，最好例如開口的寬度為1mm，深度為0.2mm，進(jìn)而可使開口寬小達(dá)100μm而增加開口個(gè)數(shù)，也能提高流體的均勻供給性。
本發(fā)明的燃料電池1的燃料供給法是在基體6或蓋體7上制作貫通孔或槽，用它進(jìn)行燃料、空氣的供給。
在本發(fā)明的燃料電池用容器2和燃料電池1中，第1流體流路8和第2流體流路9，為了用均勻的壓力使流體流到電解質(zhì)構(gòu)件3，最好開口的寬度為1mm，深度為0.2mm，進(jìn)而開口寬度小至100μm也可以。
這樣一來，通過與電解質(zhì)構(gòu)件3的形成有第1電極4的下側(cè)主面相對地形成第1流體流路8，與形成第2電極5的上側(cè)主面相對地形成第2流體電路9，流體能在電解質(zhì)構(gòu)件3的下面與上側(cè)主面和第1與第2流體流路8、9之間互換，通過各自的流路供給或排出該流體。而且，如果是例如作為流體供給氣體的情況，不會使分別向電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4和第2電極5供給的氣體分壓下降，能獲得規(guī)定的穩(wěn)定的輸出電壓。進(jìn)而為使所供給的氣體分壓穩(wěn)定，使燃料電池1的內(nèi)部壓力均勻，結(jié)果，由于能抑制在電解質(zhì)構(gòu)件3產(chǎn)生的熱應(yīng)力，所以能提高燃料電池1的可靠性。
凸部12在基體6和蓋體7是相同形狀。在本實(shí)施例中，凸部12分別設(shè)置在位于上側(cè)的單元體13的基體6上和與其鄰接的下側(cè)的單元體13的蓋體7上。進(jìn)而更詳細(xì)地說，設(shè)置在上側(cè)單元體13的凸部12設(shè)置成從接近下側(cè)單元體13那側(cè)的基體6的側(cè)部向外方突出。設(shè)置在下側(cè)的單元體13的凸部12設(shè)置成從與上側(cè)的單元體13接近的蓋體7的側(cè)部向外方突出。設(shè)置在上、下單元體13上的凸部12互相鄰接。上、下單元體13，為獲得所要求的電壓，將各單元體13層疊，用導(dǎo)電性構(gòu)件18使第1布線導(dǎo)體10與第2布線導(dǎo)體11電連接，通過用粘接劑14固定凸部12，進(jìn)行連接。結(jié)果，由于能減少集電板和緊固板等部件，因而成為低高度化的燃料電池。
在固定凸部12中使用的粘接劑14使用環(huán)氧系、硅酮系、變形聚氨酯系等樹脂材料系。電解質(zhì)構(gòu)件3因無耐熱性，其固化溫度希望在200度以下，固化時(shí)間可以按照粘接劑14的規(guī)格決定。將用鐵合金等制作的密封圈等粘合到凸部12周圍上面，通過用焊料、銀釬料等金屬接合材料的接合，用縫焊、電子束、激光等進(jìn)行熔接的方法等，也可以瞬間地不增加溫度負(fù)載地接合到電解質(zhì)構(gòu)件3上。
設(shè)置在上側(cè)的單元體13的基體6上的第1布線導(dǎo)體10和設(shè)置在下側(cè)的單元體13的蓋體7上的第2布線導(dǎo)體11使用導(dǎo)電性構(gòu)件18進(jìn)行粘結(jié)。
該導(dǎo)電性構(gòu)件18使用銅箔粘著帶、鋁箔粘著帶等帶或者配合導(dǎo)電填料的環(huán)氧系、變形聚氨酯系、硅酮系、聚酰亞氨系、丙烯酸系等樹脂材料的粘接劑。進(jìn)而也可以挾持金屬板、網(wǎng)狀金屬等進(jìn)行接觸連接。導(dǎo)電性構(gòu)件18的電阻最好在10mΩ/cm2以下，進(jìn)而如是1mΩ/cm2，則能減少電壓損失。
按照以上的結(jié)構(gòu)，能獲得圖1所示這樣的能收容電解質(zhì)構(gòu)件3的，小型而堅(jiān)固的燃料電池用容器2，能獲得可高效控制的本發(fā)明的燃料電池1。
其次，圖2是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的燃料電池用容器和使用它的燃料電池的剖面圖。在該圖中，1A-燃料電池、2A-燃料電池用容器、3-電解質(zhì)構(gòu)件、4-第1電極、5-第2電極、6a-基體、7a-蓋體、8-第1流體流路、9-第2流體流路、10a-第3布線導(dǎo)體、11a-第4布線導(dǎo)體、12-凸部、13a-單元體、14-粘接劑、15-第5布線導(dǎo)體。在本實(shí)施例中，與上述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的部分給予相同的參照符號，省略其說明。
燃料電池用容器2A是將多個(gè)單元體13a互相疊合而構(gòu)成。各單元體13a由有多個(gè)凹部的基體6a和蓋體7a構(gòu)成，用與上述實(shí)施例的基體6和蓋體7同樣的陶瓷材料構(gòu)成。為了通過覆蓋各凹部將蓋體7a粘合到基體6a各凹部的周圍，以使各凹部氣密密封，借助用焊料、銀釬料等金屬接合材料的接合、用環(huán)氧等樹脂材料的接合，將用鐵合金等制作的密封圈等接合到基體6a的各凹部周圍的上面并通過縫焊、電子束、激光等進(jìn)行熔接的方法等，使蓋體7a粘合到基體6a上。也可以將與基體6a同樣的凹部形成在蓋體7a上。
基體6a和蓋體7a，為使燃料電池1A能低高度化，分別使其厚度變薄，作為機(jī)械強(qiáng)度的彎曲強(qiáng)度最好在200Mpa以上?；w6a和蓋體7a最好用由例如相對密度在90％以上的致密物質(zhì)構(gòu)成的氧化鋁燒結(jié)體形成。
第3布線導(dǎo)體10a和第4布線導(dǎo)體11a分別與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4和第2電極5電連接，有作為用以向燃料電池用容器2A的外部取出在電解質(zhì)構(gòu)件3發(fā)電的電流的導(dǎo)電電路的功能，兼有現(xiàn)有的集電板的功能。
第3布線導(dǎo)體10a，一端配置在基體6a各凹部底面的與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4相對的部位，另一端向基體6a的外面導(dǎo)出而形成。該第3布線導(dǎo)體10a與第1布線導(dǎo)體10一樣，與基體6a一體地形成，希望形成的第3布線導(dǎo)體10a能容易地與第1電極4接觸，并距基體6a凹部的底面10μm以上高。為了獲得該高度，如上所述，在印刷涂布導(dǎo)體料漿而形成時(shí)，可以設(shè)定印刷條件使涂布厚度加厚。第3布線導(dǎo)體10a與第1電極4相對配置多個(gè)，希望減少第3布線導(dǎo)體10a導(dǎo)致的電損失，對于第3布線導(dǎo)體10a的基體6a的貫通部，其直徑最好在50μm以上。
第4布線導(dǎo)體11a，一端配置在蓋體7a下面的與電解質(zhì)構(gòu)3的第2電極5相對的部位，另一端向蓋體7a的外面導(dǎo)出而形成。
該第4布線導(dǎo)體11a與第2布線導(dǎo)體11一樣，與蓋體7a一體地形成，希望形成得其一端與第2電極5容易接觸，距蓋體7a的下面要有10μm以上的高度。為了獲得該高度，如上所述，在印刷涂布導(dǎo)體料漿而形成時(shí)，可以設(shè)定印刷條件使之涂布厚度加厚。第4布線導(dǎo)體11a與第2布線導(dǎo)體5相對配置多個(gè)，希望減少第4布線導(dǎo)體11a造成的電損失，對于第4布線導(dǎo)體11a的蓋體7a的貫通部，其直徑最好在50μm以上。
第5布線導(dǎo)體15的構(gòu)成使其連接位于多個(gè)凹部底面的彼此第3布線導(dǎo)體10a。即，第5布線導(dǎo)體15形成在基體6a上，一端在一方的凹部的底面和與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4相對的第3布線導(dǎo)體10a連接，同時(shí)另一端在另一方的凹部的底面和與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4相對的第3布線電極10a連接。因此，能將收容在各單元體13a的各凹部中的電解質(zhì)構(gòu)件3并聯(lián)連接。
上下單元體13a是將各單元體13a疊合以獲得所要求的電壓，使用作為導(dǎo)電性構(gòu)件的第5布線導(dǎo)體15將第3布線導(dǎo)體10a和第4布線導(dǎo)體11a進(jìn)行電連接，通過使用粘接劑14固定凸部12進(jìn)行連接。結(jié)果，由于能減少集電板、緊固板等部件，能使燃料電池1A低高度化。
使用作為導(dǎo)電性構(gòu)件的第5布線導(dǎo)體15，將設(shè)置在上側(cè)單元體13a的基體6a上的第3布線導(dǎo)體10a和設(shè)置在下側(cè)單元體13a的蓋體7a上的第4布線導(dǎo)體11a進(jìn)行接合。
按照以上構(gòu)成，能獲得圖2所示的能收容電解質(zhì)構(gòu)件3的小型堅(jiān)固的燃料電池用容器2A，能獲得可高效率控制的本發(fā)明的燃料電池1A。
下面圖3是表示本發(fā)明第3實(shí)施例的燃料電池用容器和使用它的燃料電池的剖面圖。在該圖中，1B-燃料電池、2B-燃料電池用容器、3-電解質(zhì)構(gòu)件、4-第1電極、5-第2電極、6b-基體、7b-蓋體、8-第1流體流路、9-第2流體流路、10b-第6布線導(dǎo)體、11b-第7布線導(dǎo)體、12-凸部、13b單元體、14-粘接劑、16-第8布線導(dǎo)體、17-第9布線導(dǎo)體。在本實(shí)施例中，與上述實(shí)施例的構(gòu)成對應(yīng)的部分給予相同的參照符號，說明從略。
燃料電池用容器2B，將多個(gè)單元體13b相互疊合而構(gòu)成。各單元體13b由有多個(gè)凹部的基體6b和蓋體7b構(gòu)成，用與上述實(shí)施例的基體6，6a和蓋體7，7a同樣的陶瓷材料形成。為了覆蓋各凹部將蓋體7b粘合到基體6b各凹部的周圍以氣密密封各凹部，通過用焊料、銀釬料等金屬接合材料的接合，用環(huán)氧等樹脂材料的接合、將用鐵合金等制成的密封圈等粘合到基體6b各凹部的周圍上面并用縫焊、電子束、激光等進(jìn)行熔接的方法等，使蓋體7b粘合到基體6b上。在蓋體7b上也可以形成與蓋體6b同樣的凹部。
基體6b和蓋7b為了能使燃料電池1B低高度化而使它們分別變薄，作為它們的機(jī)械強(qiáng)度的彎曲強(qiáng)度最好在200MPa以上?；w6b和蓋體7b最好用由例如相對密度在90％以上的致密物質(zhì)構(gòu)成的氧化鋁燒結(jié)體形成。
第6布線導(dǎo)體10b和第7布線導(dǎo)體11b分別與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4和第2電極5電連接，具有用以向燃料電池用容器2B的外部取出在電解質(zhì)構(gòu)件3發(fā)電的電流的作為導(dǎo)電電路的功能，兼有現(xiàn)有的集電板的功能。
第6布線導(dǎo)體10b，其一端配置在基體6b各凹部底面的與電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4相對的部位，另一端向基體6b的外面導(dǎo)出而形成。該第6布線導(dǎo)體10b與第1布線導(dǎo)體10一樣，與基體6b一體地形成，希望形成得使第6布線導(dǎo)體10b容易與第1電極4接觸，距基體6b凹部底面高10μm以上。為了獲得該高度，如前所述，可以設(shè)定印刷條件在印刷涂布導(dǎo)體料漿形成時(shí)使涂布厚度增厚。第6布線導(dǎo)體10b與第1電極4相對并配置多個(gè)，希望減少第6布線導(dǎo)體10b導(dǎo)致的電損失，對于第6布線導(dǎo)體10b的基體6b的貫通部，其直徑最好在50μm以上。
第7布線導(dǎo)體11b，其一端配置在蓋體7b下面的與電解質(zhì)構(gòu)件3的第2電極5相對應(yīng)的部位，另一端向蓋體7b的外面導(dǎo)出而形成。該第7布線導(dǎo)體11b與第2布線導(dǎo)體11同樣與蓋體7b一體地形成，希望形成得使第7布線導(dǎo)體11b容易與第2電極5接觸，并距蓋體7b的面高10μm以上。為獲得該高度，如上所述，在印刷涂布導(dǎo)體料漿形成時(shí)，可以設(shè)定印刷條件使涂布厚度增加。第7布線導(dǎo)體11b與第2電極5相對并配置多個(gè)，希望減少第7布線導(dǎo)體11b導(dǎo)致的電損失，對于第7布線導(dǎo)體11b的蓋體7b的貫通部來說，其直徑最好在50μm以上。
第8布線導(dǎo)體16設(shè)置在下側(cè)的單元體13b上，其一端在一方凹部的底面與和電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4相對的第6布線導(dǎo)體10b連接而另一端向基體6b的粘合著蓋體7b的上面導(dǎo)出。第9布線導(dǎo)體17設(shè)置在上側(cè)的單元體13b上，其一端與和另一方的凹部的電解質(zhì)構(gòu)件3的第2電極5相對的第7布線導(dǎo)體11b連接，同時(shí)另一端在基體6b上面的粘合著蓋體7b的下面導(dǎo)出使之與第8布線導(dǎo)體16的另一端相對。連接用布線導(dǎo)體19被形成為使之貫通上側(cè)單元體13b的基體6b和下側(cè)單元體13b的蓋體7b，使第8布線導(dǎo)體16的另一端與第9布線導(dǎo)體17的另一端電連接。
上下單元體13b，將各單元體13b疊合以獲得所希望的電壓，使用導(dǎo)電性構(gòu)件18將上側(cè)單元體13b一側(cè)的第6布線導(dǎo)體10b和下側(cè)單元體13b一側(cè)的第7布線導(dǎo)體11b電連接，同時(shí)使用導(dǎo)電性構(gòu)件18將上側(cè)單元體13b另一側(cè)的第6布線導(dǎo)體10b和下側(cè)單元體13b另一側(cè)的第7布線導(dǎo)體11b電連接，使用連接用布線導(dǎo)體19將第8布線導(dǎo)體16的另一端與第9布線導(dǎo)體17的另一端電連接，借助使用粘接劑14固定凸部12進(jìn)行連接。因此，能將各單元體13b的各凹部中收容的電解質(zhì)構(gòu)件3串聯(lián)連接。結(jié)果，由于減少了集電板和緊固板等部件，而成為低高度化的燃料電池1B。
使用導(dǎo)電性構(gòu)件18粘合設(shè)置在上側(cè)單元體13b的基體6b上的第6布線導(dǎo)體10b和設(shè)置在下側(cè)單元體13b的蓋體7b的第7布線導(dǎo)體11b。
按照以上的構(gòu)成獲得圖3所示的，能收容電解質(zhì)構(gòu)件3的小型堅(jiān)固的燃料電池用容器2B，獲得能高效控制的本發(fā)明的燃料電池1B。
在本實(shí)施例中，雖然在燃料電池用容器2B，使用2個(gè)單元體13b串聯(lián)連接4個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件3，但也可以串聯(lián)連接各單元體13b的2個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件3。這時(shí)一側(cè)的電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4和一側(cè)的第6布線導(dǎo)體10b的連接，一側(cè)的第6布線導(dǎo)體10b與第8布線導(dǎo)體16的一端連接，另一側(cè)的電解質(zhì)構(gòu)件3的第2電極5與另一側(cè)的第7布線導(dǎo)體11b連接，另一側(cè)的第7布線導(dǎo)體11b與第9布線導(dǎo)體17的一端連接，第8布線導(dǎo)體16的另一端與第9布線導(dǎo)體17的另一端連接。由此，串聯(lián)連接1個(gè)單元體內(nèi)的各電解質(zhì)構(gòu)件3。
通過將這樣的單元體多個(gè)疊合可以構(gòu)成燃料電池用容器和燃料電池。這時(shí)，通過連接一個(gè)單元體的另一側(cè)的第6布線導(dǎo)體10b和另一個(gè)單元體的一側(cè)的第7布線導(dǎo)體11b，這些單元體的電解質(zhì)構(gòu)件3被串聯(lián)連接。
如圖1、圖2和圖3所示，如按照本發(fā)明的燃料電池用容器2、2A、2B和燃料電池1、1A、1B，將電解質(zhì)構(gòu)件3收容在有多個(gè)凹部的基體6、6a、6b的每個(gè)凹部中，同時(shí)經(jīng)過鄰接的凹部的端部間配置第5布線導(dǎo)體15或第8布線導(dǎo)體16與第9布線導(dǎo)體17，使多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件3的第1電極4之間或者第1電極4與第2電極5之間進(jìn)行電連接，使第1布線導(dǎo)體10、第3布線導(dǎo)體10a或第6布線導(dǎo)體10b以及第2布線導(dǎo)體11、第4布線導(dǎo)體11a或第7布線導(dǎo)體11b分別進(jìn)行電連接，以便在配置于成為兩端的位置的電解質(zhì)構(gòu)件3取出作為整體的輸出。因此，由于能將第1與第2布線導(dǎo)體10、11和第3、第4與第5布線導(dǎo)體10a、11a、15以及第6、第7、第8與第9布線導(dǎo)體10b、11b、16、17按三維自由布線，所以能夠?qū)⒍鄠€(gè)電解質(zhì)構(gòu)件3任意地串聯(lián)或并聯(lián)連接。結(jié)果，由于能高效地調(diào)整總體的輸出電壓和輸出電流，從而獲得能良好地向外部取出由多個(gè)電解質(zhì)構(gòu)件3電化學(xué)生成的電能的燃料電池。
本發(fā)明不限于以上的實(shí)施例，只要在不超過本發(fā)明精神的范圍，即使進(jìn)行各種變更也無任何妨礙。例如，在第1流體流路或第2流體流路的流入口和排出口，為使燃料電池整體薄型化，也可以將金屬導(dǎo)管等設(shè)置在基體或蓋體的側(cè)面。如果這樣，特別在使之小型化，用于便攜式電子機(jī)器方面是有效的。進(jìn)而對于第1與第2布線導(dǎo)體或者第6與第7布線導(dǎo)體來說，也可以這樣配置，而將向基體與蓋體外面導(dǎo)出的另一端在各個(gè)相同側(cè)的側(cè)面引出。如果這樣，能將布線或流路等匯集在燃料電池的一側(cè)面，使小型化和保護(hù)向外部的接合部變得容易，能進(jìn)行高可靠性的設(shè)計(jì)，獲得能長期穩(wěn)定工作的燃料電池。
在本實(shí)施例中，雖然使用2個(gè)單元體構(gòu)成燃料電池用容器，但不限于此，也可以使用3個(gè)以上的單元體構(gòu)成燃料電池用容器。
本發(fā)明的燃料電池具體地說是裝入以便攜式電話、PDA(PersonalDigital Assistants)、數(shù)字照相機(jī)、電視攝象機(jī)、游戲機(jī)等便攜式電子機(jī)器、筆記本PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))為代表的手提式打印機(jī)、傳真機(jī)、電視、通信機(jī)器、聲頻視頻機(jī)器、電風(fēng)扇等各種家電產(chǎn)品、電動(dòng)工具等電子機(jī)器中作為電源，使用本發(fā)明的燃料電池1的電子機(jī)器，由于由陶瓷構(gòu)成的基體和蓋體與使用現(xiàn)有的碳鑄型材料比較強(qiáng)度大，所以能薄型化，能使基體和蓋體的電阻下降，結(jié)果，電壓損失減少，有能提供一種發(fā)電效率高的可長期穩(wěn)定工作的電子機(jī)器這樣的優(yōu)點(diǎn)。
因?yàn)椴皇褂眉姌O或緊固板，而通過用粘合劑粘合凸部固定單元體，因而零部件數(shù)減少，能薄型化，在能夠?qū)崿F(xiàn)緊密性、簡便性優(yōu)良，電子機(jī)器本體小型、薄型和輕量化的同時(shí)，還具有由于便攜電話機(jī)主體掉落而施加沖擊時(shí)的耐沖擊性和防水性比現(xiàn)有設(shè)備更強(qiáng)牢固的結(jié)構(gòu)這樣的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明的燃料電池和燃料電池容器中，在使外部連接端子等一體化并成為自由拆卸的結(jié)構(gòu)的情況下，準(zhǔn)備備用的本發(fā)明的燃料電池和燃料電池容器，在發(fā)生電池切斷時(shí)，有無須充電時(shí)間，即使在停電等緊急情況或在屋外都能使用的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明在不離開其精神或主要特征，能實(shí)施其它各種各樣的形態(tài)。因而上述實(shí)施例在所有方面只不過是例示，本發(fā)明的范圍是示于所要求保護(hù)的范圍，在說明書中無任何約束。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用容器(2)，包括互相疊合的多個(gè)單元體(13)，其特征在于，各單元體(13)具備基體(6)，在一側(cè)有收容電解質(zhì)構(gòu)件(3)的凹部并由陶瓷構(gòu)成，所述的電解構(gòu)件(3)在一方主面和另一方主面上分別有第1電極(4)和第2電極(5)；第1流體流路(8)，從與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述的一方主面相對的上述凹部的底面到上述基體(6)的外面而形成；第1布線導(dǎo)體(10)，一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第1電極(4)相對的上述凹部的底面，另一端引向上述基體(6)的外面而形成；蓋體(7)，覆蓋上述凹部并粘合到上述基體(6)的上述凹部周圍的一方面上而氣密密封上述凹部；第2流體流路(9)，從與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述另一方主面相對的上述蓋體的一方的面到上述蓋體(7)的外面而形成；和第2布線導(dǎo)體(11)，一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第2電極(5)相對的上述蓋體(7)的一方的面上，另一端向上述蓋體(7)的外面導(dǎo)出，另外，一方的單元體的上述第一布線導(dǎo)體(10)與被疊合并鄰接的另一方單元體的第二布線導(dǎo)體(11)電連接，同時(shí)在上述單元體的側(cè)面，凸部(12)形成在與鄰接的上述單元體疊合的一側(cè)的端部，鄰接的上述凸部(12)之間被粘接。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃料電池用容器(2)，其特征在于，粘接上述凸部(12)之間的粘接劑(14)，由熱固化性樹脂構(gòu)成，其固化溫度在200℃以下。
3.按照權(quán)利要求1所述的燃料電池用容器(2)，其特征在于，上述基體(6)和蓋體(7)的彎曲強(qiáng)度在200Mpa以上。
4.按照權(quán)利要求1所述的燃料電池用容器(2)，其特征在于，上述基體(6)和蓋體(7)的厚度是0.2～5mm。
5.按照權(quán)利要求1所述的燃料電池用容器(2)，其特征在于，上述基體(6)和蓋體(7)由相對密度在90％以上的氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成。
6.一種燃料電池用容器(2A)，包括互相疊合的多個(gè)單元體(13a)，其特征在于，各單元體(13a)具備基體(6a)，在一方側(cè)有收容電解質(zhì)構(gòu)件(3)的多個(gè)凹部并由陶瓷構(gòu)成，所述的電解質(zhì)構(gòu)件(3)在一方主面與另一方主面上分別有第一電極(4)和第2電極(5)；第1流體流路(8)，從與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述一方主面相對的上述凹部的底面到上述基體(6a)外面而形成；第3布線導(dǎo)體(10a)，一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第1電極(4)相對的上述凹部的底面，另一端向上述基體(6a)的外面導(dǎo)出；蓋體(7a)，覆蓋上述凹部并粘合在上述基體(6a)的上述凹部周圍的一方的面上而氣密密封上述凹部；第2流體流路(9)，從與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述另一方主面相對的蓋體(7a)的一方的面到上述蓋體(7a)的外面而形成；第4布線導(dǎo)體(11a)，一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第2電極(5)相對的上述蓋體(7a)的一方的面上，另一端向上述蓋體(7a)的外面導(dǎo)出；和第5布線導(dǎo)體(15)，在上述基體(6a)上形成，一端在上述多個(gè)凹部中1個(gè)的底面與和上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第1電極(4)相對的第3布線導(dǎo)體(10a)連接，同時(shí)另一端在上述多個(gè)凹部中另一個(gè)的底面與和上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的第1電極(4)相對的第3布線導(dǎo)體(10a)連接；另外，一方單元體的上述第3布線導(dǎo)體(10a)與疊合并鄰接的另一方單元體的上述第4布線導(dǎo)體(11a)電連接，同時(shí)在上述單元體的側(cè)面，在與鄰接的上述單元體疊合一側(cè)的端部形成凸部(12)，鄰接上述凸部(12)之間被粘接。
7.按照權(quán)利要求6所述的燃料電池用容器(2A)，其特征在于，粘接上述凸部(12)之間的粘接劑(14)，由熱固化性樹脂構(gòu)成，其固化溫度在200℃以下。
8.按照權(quán)利要求6所述的燃料電池用容器(2A)，其特征在于，上述基體(6a)和蓋體(7a)的彎曲強(qiáng)度在200Mpa以上。
9.按照權(quán)利要求6所述的燃料電池用容器(2A)，其特征在于，上述基體(6a)和蓋體(7a)的厚度是0.2～5mm。
10.按照權(quán)利要求6所述的燃料電池用容器(2A)，其特征在于，上述基體(6a)和蓋體(7a)由相對密度在90％以上的氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成。
11.一種燃料電池用容器(2B)，包括互相疊合的多個(gè)單元體(13b)，其特征在于，各單元體(13b)具備基體(6b)，在一方側(cè)有多個(gè)收容電解質(zhì)構(gòu)件(3)的凹部并由陶瓷構(gòu)成，所述的電解質(zhì)構(gòu)件(3)在一方主面與另一方主面上分別有第1電極(4)和第2電極(5)；第1流體流路(8)，從與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述一方主面相對的上述凹部的底面到上述基體(6b)的外面而形成。第6布線導(dǎo)體(10b)，一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第1電極(4)相對的上述凹部的底面，另一端引向上述基體(6b)的外面而形成；蓋體(7b)，覆蓋上述凹部并粘合在上述基體(6b)的上述凹部周圍的一方的面上而氣密密封上述凹部；第2流體流路(9)，從與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述另一方主面相對的上述蓋體(7b)的一方的面到上述蓋體(7b)的外面而形成；第7布線導(dǎo)體(11b)，一端配置在與上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第2電極(5)相對的上述蓋體(7b)的一面，另一端向上述蓋體(7b)的外面導(dǎo)出；另外，該燃料電池用容器(2B)還具備第8布線導(dǎo)體(16)，一端在上述多個(gè)凹部中一個(gè)的底面與和上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述第1電極(4)相對的第6布線導(dǎo)體(10b)連接，同時(shí)另一端向上述基體(6b)的粘合著上述蓋體(7b)的一方的面導(dǎo)出；第9布線導(dǎo)體(17)，一端在上述蓋體(7b)一方的面與和上述多個(gè)凹部中另一個(gè)的上述電池構(gòu)件(3)的上述第2電極(5)相對的第7布線導(dǎo)體(11b)連接，同時(shí)另一端向粘結(jié)在上述基體(6b)的上述一面的上述蓋體(7b)的一方的面導(dǎo)出使之與上述第8布線導(dǎo)體(16)的另一端相對；另外，一方單元體的上述第6布線導(dǎo)體(10b)與疊合并鄰接的另一方單元體的上述第7布線導(dǎo)體(11b)電連接，同時(shí)在上述單一體的側(cè)面，在與鄰接的上述單元體疊合的一側(cè)的端部形成凸部(12)，鄰接的上述凸部(12)之間被粘接。
12.按照權(quán)利要求11所述的燃料電池用容器(2B)，其特征在于，上述第8布線導(dǎo)體(16)設(shè)置在上述另一方的單元體(13b)上，上述第9布線導(dǎo)體(17)設(shè)置在上述一方的單元體(13b)上，通過連接用布線導(dǎo)體(19)連接上述第8布線導(dǎo)體(16)和上述第9布線導(dǎo)體(17)。
13.按照權(quán)利要求11所述的燃料電池用容器(2B)，其特征在于，粘接上述凸部(12)之間的粘接劑(14)，由熱固化性樹脂構(gòu)成，固化溫度在200℃以下。
14.按照權(quán)利要求11所述的燃料電池用容器(2B)，其特征在于，上述基體(6b)和蓋體(7b)的彎曲強(qiáng)度在200Mpa以上。
15.按照權(quán)利要求11所述的燃料電池用容器(2B)，其特征在于，上述基體(6b)和蓋體(7b)的厚度是0.2～5mm。
16.按照權(quán)利要求11所述的燃料電池用容器(2B)，其特征在于，上述基體(6b)和蓋體(7b)由相對密度在90％以上的氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成。
17.一種燃料電池(1)，其特征在于，包括在一方主面和另一方主面上分別有第1電極(4)和第2電極(5)的電解質(zhì)構(gòu)件(3)，和權(quán)利要求1所述的燃料電池用容器(2)，上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)收容在上述燃料電池用容器(2)的上述凹部，在該電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述一方主面與上述第1流體流路(8)之間和另一方主面與上述第2流體流路(9)之間，使各流體能互換地配置，同時(shí)分別使上述第1布線導(dǎo)體(10)與上述第1電極(4)電連接，使第2布線導(dǎo)體(11)與上述第2電極(5)電連接，覆蓋上述凹部并將上述蓋體(7)粘合到上述基體(6)的上述凹部周圍的一方的面上。
18.一種燃料電池(1A)，其特征在于，包括在一方主面和另一方主面上分別有第1電極(4)和第2電極(5)的電解質(zhì)構(gòu)件(3)和上述權(quán)利要求6所述的燃料電池用容器(2A)，上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)收容在上述燃料電池用容器(2A)的多個(gè)上述凹部中，在該電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述一方主面與上述第1流體流路(8)之間和另一方主面與第2流體流路(9)之間，使各流體能交換地配置，分別使上述第3布線導(dǎo)體(10a)與上述第1電極(4)電連接，使上述第4布線導(dǎo)體(11a)與上述第2電極(5)電連接，使上述第5布線導(dǎo)體(15)與上述第3布線導(dǎo)體(10a)電連接，將上述蓋體(7a)覆蓋上述凹部并粘合在上述基體(6a)的上述凹部周圍的一方的面上。
19.一種燃電池(1B)，其特征在于，包括在一方主面和另一方主面分別有第1電極(4)和第2電極(5)的電解質(zhì)構(gòu)件(3)和權(quán)利要求11中所述的燃料電池用容器(2B)，上述電解質(zhì)構(gòu)件(3)收容在上述燃料電池用容器(2B)的多個(gè)上述凹部中，在該電解質(zhì)構(gòu)件(3)的上述一方主面與上述第1流體流路(8)之間和另一方主面與上述第2流體流路(9)之間，使各流體能互換地配置，同時(shí)分別使上述第6布線導(dǎo)體(10b)與上述第1電極(4)電連接，使上述第7布線導(dǎo)體(11b)與上述第2電極(5)電連接，使上述第8布線導(dǎo)體(16)的一端與上述第6布線導(dǎo)體(10b)電連接，使第9布線導(dǎo)體(17)的一端與上述第7布線導(dǎo)體(11b)電連接，在上述基體(6b)的上述凹部周圍一方的面上覆蓋上述凹部，同時(shí)連接上述第8和第9布線導(dǎo)體(16，17)的上述另一端并粘結(jié)上述蓋體(7b)。
全文摘要
一種能收容電解質(zhì)構(gòu)件的小型牢固、能均勻供給氣體且容器內(nèi)的溫度梯度均勻化并能高效電連接的可靠性高的燃料電池容器，具備在上面有收容具有第1第2電極的電解質(zhì)構(gòu)件(3)的凹部的基體、從凹部底面向基體(6)外面形成的第1流體流路(8)、一端配置在與第1電極相對的凹部底面，另一端在基體外面形成的第1布線導(dǎo)體(10)、氣密密封凹部的蓋體、從蓋體(7)下面形成到外面的第2流體流路(9)、一端配置在蓋體下面另一端導(dǎo)出到蓋體外面的第2布線導(dǎo)體，疊合多個(gè)燃料電池容器的單元體，下側(cè)單元體的第1布線導(dǎo)體與上側(cè)單元體的第2布線導(dǎo)體電連接，同時(shí)在單元體側(cè)面凸部形成在與鄰接的單元體疊合一側(cè)的端部，鄰接的凸部之間被粘接。
文檔編號H01M8/24GK1604376SQ200410092139
公開日2005年4月6日 申請日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者石井格 申請人:京瓷株式會社