專利名稱:燃料電池用燃料貯存體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本本發(fā)明涉及燃料電池用燃料貯存體，更詳細(xì)地說，涉及適用于小型燃料電池的燃料貯存體，其中小型燃料電池一般用作手機(jī)、筆記本電腦以及PDA等便攜式電子儀器的電源。
背景技術(shù)：
一般地說，燃料電池包括由空氣電極層、電解質(zhì)層及燃料電極層層疊而成的燃料電池單元，用于向燃料電極層供給作為還原劑的燃料的燃料供給部，以及用于向空氣電極層供給作為氧化剖的空氣的空氣供給部；其使燃料和空氣中的氧在燃料電池單元內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而在外部獲得電力。目前已經(jīng)開發(fā)了各種形式的燃料電池。
近年來，隨著對環(huán)境問題和節(jié)約能源的意識(shí)的提高，人們研究了作為清潔能源的燃料電池以應(yīng)用于各種用途，其中特別引人注目的是只直接供給含有甲醇和水的液體燃料就可以發(fā)電的燃料電池(例如，參照專利文獻(xiàn)1和2)。
在這些電池中，為人所知的有利用毛細(xì)管力供給液體燃料的液體燃料電池等(例如，參照專利文獻(xiàn)3～4)。
這些專利文獻(xiàn)所記載的液體燃料電池，由于利用毛細(xì)管力從燃料罐向燃料極供給液體燃料，因而所具有的優(yōu)點(diǎn)是不需要壓送液體燃料的泵等，從而可以實(shí)現(xiàn)小型化。
但是，在這樣只是設(shè)置于燃料儲(chǔ)罐上、而且僅利用多孔體和/或纖維束體的毛細(xì)管力的液體燃料電池中，盡管在構(gòu)成上適于小型化，但由于直接以液體燃料狀態(tài)向燃料極供給燃料，所以在搭載于小型便攜式儀器上、且電池部的朝向和上下不斷改變的使用環(huán)境下，在長時(shí)間的整個(gè)使用期間內(nèi)，燃料的追蹤供應(yīng)就變得不完全，以致產(chǎn)生燃料供給中斷等的弊端，從而難以使供給燃料極的燃料保持恒定。
另外，作為這些缺點(diǎn)的解決方案之一，例如已知的燃料電池系統(tǒng)(例如參照專利文獻(xiàn)5)有利用毛細(xì)管力將液體燃料導(dǎo)入單元內(nèi)，然后利用燃料氣化層使液體燃料氣化而使用，但仍然存在的課題是作為基本問題點(diǎn)的燃料的追蹤供應(yīng)性不足沒有得到改善，而且該結(jié)構(gòu)的燃料電池，由于是液體氣化后用作燃料的系統(tǒng)，所以存在難以實(shí)現(xiàn)小型化等問題。
這樣，以前的燃料電池用燃料貯存體的現(xiàn)狀是當(dāng)直接向燃料極供給液體燃料時(shí)，燃料的供給不穩(wěn)定，運(yùn)行中的輸出值產(chǎn)生變動(dòng)；或者難以使小型化達(dá)到能夠搭載在便攜式機(jī)器上而維持穩(wěn)定特性的程度。
專利文獻(xiàn)1特開平5-258760號公報(bào)(權(quán)利要求
書、實(shí)施例等)專利文獻(xiàn)2特開平5-307970號公報(bào)(權(quán)利要求
書、實(shí)施例等)專利文獻(xiàn)3特開昭59-66066號公報(bào)(權(quán)利要求
書、實(shí)施例等)專利文獻(xiàn)4特開平6-188008號公報(bào)(權(quán)利要求
書、實(shí)施例等)專利文獻(xiàn)5特開2001-102069號公報(bào)(權(quán)利要求
書、實(shí)施例等)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述以前的燃料電池用燃料貯存體的問題及現(xiàn)狀、并為解決這些問題而完成的，其目的在于提供一種燃料電池用燃料貯存體，它可以直接向燃料電池主體穩(wěn)定地供給液體燃料，同時(shí)在保管時(shí)沒有液體燃料的損失，而且能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池的小型化。
本發(fā)明者就上述以前的課題等進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)燃料貯存體以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接，其通過具有收納液體燃料的燃料收納容器和特定結(jié)構(gòu)的燃料流出部，可以獲得上述目的得以實(shí)現(xiàn)的燃料電池用燃料貯存體，從而完成了本發(fā)明。
即本發(fā)明包括以下的(1)～(14)。
(1)一種燃料電池用燃料貯存體，其以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接，其特征在于該燃料貯存體具有收納液體燃料的燃料收納容器和燃料流出部，而且該燃料流出部具有使燃料收納容器的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體。
(2)根據(jù)上述(1)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于通過在上述閥體中插入液體燃料供給部件而使燃料收納容器內(nèi)部和燃料電池主體連通，從而形成使燃料收納容器內(nèi)部的液體燃料向燃料電池主體側(cè)供給的連通部。
(3)根據(jù)上述(2)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體由彈性材料構(gòu)成；所述連通部是狹縫，壓縮力作用于使該狹縫關(guān)閉的方向上。
(4)根據(jù)上述(3)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體的斷面形狀呈橢圓狀，在短軸方向設(shè)有狹縫，而且該閥體的長軸被壓縮成比所述狹縫長度更短的長度。
(5)根據(jù)上述(4)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于將上述橢圓形狀的閥體壓入具有比該閥體的長軸短的長軸的橢圓、或者具有比該閥體的長軸短的直徑的圓形狀的容器內(nèi)，以壓縮該閥體的長軸方向。
(6)根據(jù)上述(3)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體的斷面形狀呈圓形狀，并設(shè)有狹縫，而且該閥體被壓入具有比其直徑更短的短軸的橢圓形狀的容器內(nèi)，以便使狹縫所形成的線為橢圓的長軸方向，從而垂直于狹縫的方向被壓縮成比該閥體的直徑短的長度。
(7)根據(jù)上述(5)～(6)的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體被壓入的容器為燃料收納容器中設(shè)置的閥體收納部。
(8)根據(jù)上述(5)～(6)的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體被壓入的容器為閥體適配器，將在閥體適配器中收納了閥體的復(fù)合體安裝在燃料收納容器中。
(9)根據(jù)上述(3)～(8)的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于構(gòu)成上述閥體的材料，相對于上述液體燃料具有較低的透氣性，而且按JIS K6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為20％以下。
(10)根據(jù)上述(9)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體材料為丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、丁腈橡膠之中的任一種。
(11)根據(jù)上述(2)～(10)的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于在上述閥體上，面向燃料收納容器的內(nèi)部形成有凸?fàn)钔黄稹?br> (12)根據(jù)上述(2)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述閥體的閥門部件通過彈性體而關(guān)閉，通過液體燃料供給部件的插入而打開。
(13)根據(jù)上述(1)～(12)的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述液體燃料是選自甲醇溶液、乙醇溶液、二甲醚(DME)、甲酸、聯(lián)氨、氨溶液、乙二醇、蔗糖水溶液以及硼氫化鈉水溶液之中的至少1種。
(14)根據(jù)上述(1)～(13)的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于上述燃料電池主體的構(gòu)成是，單元電池通過在燃料電極體的外表面部構(gòu)筑電解質(zhì)層、以及在該電解質(zhì)層的外表面部構(gòu)筑空氣電極層而形成，多個(gè)所述單元電池連接在一起，同時(shí)在該單元電池上連接著與燃料貯存體連接的燃料供給部件，用以供給液體燃料。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種燃料電池用燃料貯存體，它能夠穩(wěn)定地供給液體燃料，保管時(shí)沒有液體燃料的損失，且能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池小型化。
另外，根據(jù)本發(fā)明，還可以得到一種燃料電池用燃料貯存體，它可以更有效地防止液體燃料的泄漏。
圖1為表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的燃料電池用燃料存儲(chǔ)體的示意立體圖。
圖2(a)～(h)表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的燃料流出部所具有的閥體結(jié)構(gòu)，(a)為閥體的立體圖，(b)為閥體的平面圖，(c)為閥體的縱剖面圖，(d)為適配器的平面圖，(e)為適配器的縱剖面圖，(f)為表示將閥體裝填在適配器上的狀態(tài)的平面圖，(g)為表示將閥體裝填在適配器上的狀態(tài)的縱剖面圖，(h)為燃料貯存體的縱剖面圖。
圖3(a)～(h)表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的燃料流出部所具有的閥體結(jié)構(gòu)，(a)為閥體的立體圖，(b)為閥體的平面圖，(c)為閥體的縱剖面圖，(d)為適配器的平面圖，(e)為適配器的縱剖面圖，(f)為表示將閥體裝填在適配器上的狀態(tài)的平面圖，(g)為表示將閥體裝填在適配器上的狀態(tài)的縱剖面圖，(h)為示意表示燃料貯存體的縱剖面圖。
圖4(a)～(c)表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的燃料電池用燃料貯存體，(a)為以縱剖面狀態(tài)表示的示意剖面圖，(b)為閥體的縱剖面圖，(c)為立體圖。
圖5(a)～(d)表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的燃料流出部所具有的閥體結(jié)構(gòu)，(a)為閥體的立體圖，(b)為閥體的平面圖，(c)為閥體的縱剖面圖，(d)為示意表示裝填了閥體的燃料貯存體的縱剖面圖。
圖6(a)～(h)表示比較例的燃料流出部所具有的閥體結(jié)構(gòu)，(a)為閥體的立體圖，(b)為閥體的平面圖，(c)為閥體的縱剖面圖，(d)為適配器的平面圖，(e)為適配器的縱剖面圖，(f)為表示將閥體裝填在適配器上的狀態(tài)的平面圖，(g)為表示將閥體裝填在適配器上的狀態(tài)的縱剖面圖，(h)為示意表示燃料貯存體的縱剖面圖。
圖7是表示將圖1的燃料電池用燃料貯存體連接到燃料電池主體上而作為燃料電池使用的狀態(tài)的一個(gè)實(shí)例的示意斷面圖。
圖8(a)及(b)為說明燃料電池單元的立體圖、縱剖面圖。
圖9是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的燃料電池用燃料貯存體的使用狀態(tài)的示意局部剖面圖。
圖10是表示圖9的燃料電池用燃料貯存體在使用前的狀態(tài)的示意剖面圖。
符號說明A燃料電池用燃料貯存體F液體燃料10燃料收納容器11燃料流出部12閥體17燃料收納容器的蓋具體實(shí)施方式
以下，參照附圖就本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖1～圖3表示說明本發(fā)明的基本實(shí)施方式的燃料電池用燃料貯存體A的基本方式(第1實(shí)施方式)。
本第1實(shí)施方式的燃料電池用燃料貯存體A是以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接的燃料貯存體，其具有收納液體燃料F的管型(筒狀)的燃料收納容器10和在燃料收納容器10的下端部的燃料流出部11，同時(shí)燃料流出部11還具有使燃料收納容器10的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體12，在燃料收納容器10的上端部，具有使容器密閉的蓋17。
作為上述管型的燃料收納容器10，優(yōu)選由如下的材料構(gòu)成，即相對于被收納的液體燃料，具有保存穩(wěn)定性、耐久性和氣密性(對于氧氣、氮?dú)獾鹊臍饷苄?，進(jìn)而具有光線透過性，以便能夠看到液體燃料的剩余量。
作為燃料收納容器10，例如在不要求光線透過性的情況下，可以列舉出鋁、不銹鋼等金屬、合成樹脂、玻璃等，不過，從上述液體燃料剩余量的可見性、氣密性、制造和組裝時(shí)的成本降低及制造的容易程度等角度考慮，優(yōu)選的可以列舉出單層結(jié)構(gòu)、或2層以上的多層結(jié)構(gòu)，其包含具有上述各特性的聚丙烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚樹脂(EVOH)、聚丙烯腈、尼龍、玻璃紙、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯等中的單獨(dú)1種或2種以上的樹脂。在多層結(jié)構(gòu)的情況下，如果至少1層是用具有上述性能(氣密性等)的樹脂構(gòu)成，則剩余的層即使是通常的樹脂，在實(shí)際使用上也不成問題。這樣的多層結(jié)構(gòu)的管可以采用擠壓成形、注射成形、共擠壓成形等方法制作。
燃料流出部11具有使筒狀的燃料收納容器10的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體12，本實(shí)施方式采用的結(jié)構(gòu)是，閥體12直接或通過閥體適配器收納在燃料流出部11內(nèi)。該閥體12的構(gòu)成與書寫工具等所使用的部件相同，如圖2(a)～(c)所示，可以防止空氣等異物因氣壓、溫度的變化等而從后述的燃料供給管周邊浸入直接收納在燃料收納容器10內(nèi)的液體燃料F中。
該閥體12形成有包括直線狀狹縫的連通部13，該狹縫通過插入液體燃料供給部件而使燃料收納容器10與內(nèi)部連通，從而向外部供給燃料收納容器10內(nèi)部的液體燃料F，同時(shí)在上述閥體12收納于燃料流出部11或閥體適配器中的時(shí)候，閥體12通過閥體外緣部14沿徑向壓縮，由此使壓縮力作用于上述連通部13，如圖2(b)所示，本實(shí)施方式呈橢圓狀，在短軸方向設(shè)有成為連通部的狹縫13，從而使外緣部14沿長軸方向被壓縮，壓縮力作用在使狹縫13關(guān)閉的方向上。
此外，雖然用直線狀的狹縫形成了上述連通部13，但只要是通過插入液體燃料供給部件而使燃料收納容器10和內(nèi)部連通、從而可以向外部供給燃料收納容器10內(nèi)部的液體燃料F的結(jié)構(gòu)，就沒有特別的限定，也可以是十字狀或放射狀的狹縫、形成數(shù)條狹縫并使各狹縫在同一位置交叉的結(jié)構(gòu)、圓孔狀以及長方形孔狀等。優(yōu)選的是上述直線狀的狹縫。另外，外緣部14的形狀并沒有特別的限定，可以如上述方式那樣呈橢圓狀，此外也可以形成為圓形狀。
在該閥體12的內(nèi)面?zhèn)?，?yōu)選朝向燃料收納容器10的內(nèi)部形成有凸?fàn)畹膱A錐面(突起)15，以便在插入液體燃料供給部件時(shí)可以順利地插入。
在上述燃料流出部11上，設(shè)置有如圖2(d)、(c)所示的適配器16，適配器16形成為筒狀，由其內(nèi)周面形成有擋塊部16a、16a的主體部16b、和形成為筒狀的固定部件16c構(gòu)成，在擋塊部16a和固定部件16c之間挾持著上述構(gòu)成的閥體12。
閥體12和適配器16的組合形式有橢圓形狀的狹縫閥和圓形狀的適配器的情況(圖2)、以及圓形狀的狹縫閥和橢圓形狀的適配器的情況(圖3)。在后者的情況下，需要將狹縫閥的狹縫方向作為適配器的長軸。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)的閥體12，在使用中止(未使用)時(shí)也可以防止空氣等異物的浸入。這是為了防止因液體燃料收納容器10內(nèi)的壓力增加等而產(chǎn)生燃料滲漏、噴出等事故，因?yàn)榭諝獾鹊慕?，可引起液體燃料收納容器10內(nèi)壓力的增加。
作為該閥體12和適配器16，從更有效地防止液體燃料泄漏的角度考慮，上述結(jié)構(gòu)等優(yōu)選的是，由相對于液體燃料F具有較低透氣性的材料構(gòu)成，而且由按JIS K6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為20％以下的材料構(gòu)成。
作為這些閥體12和適配器體16的材料，相對于收納的液體燃料F，具有保存溫定性、耐久性、氣密性、能夠貼緊燃料供給管的彈性，只要具有上述特性，就沒有特別的限定，可以列舉出聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚樹脂、聚丙烯腈、尼龍、玻璃紙、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯等合成樹脂，天然橡膠、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、丁腈橡膠、1，2-聚丁二烯橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、乙烯-丙烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠、聚硫橡膠、硅橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠等橡膠，以及熱塑性彈性體等，其可以用通常的注射成形和硫化成形等制作。
作為所使用的液體燃料F，可以列舉出由甲醇和水組成的甲醇溶液，不過，只要后述的燃料電極體能夠從作為燃料供給的化合物中高效地得到氫離子(H+)和電子(e-)，液體燃料就沒有特別的限定，雖然也取決于燃料電極體的結(jié)構(gòu)等，但是，例如也可以使用二甲醚(DME)、乙醇溶液、甲酸、聯(lián)氨、氨溶液、乙二醇、蔗糖水溶液以及硼氫化鈉水溶液等液體燃料。
另外，這些液體燃料的濃度可以根據(jù)燃料電池的結(jié)構(gòu)、特性等而使用各種濃度的液體燃料，例如，可以使用1～100％濃度的液體燃料。
閥體12的直徑優(yōu)選為2～30mm的范圍。過小時(shí)，則閥體的組裝困難，而過大時(shí)，則耗費(fèi)材料成本，而且密封性變差。
閥體的長度優(yōu)選為直徑的50％～200％的范圍。當(dāng)相對于閥體的直徑過短時(shí)，則閥體狹縫的恢復(fù)性能變差，而過長時(shí)，則需要增加插入的燃料供給部件的長度。
狹縫13的長度優(yōu)選為閥體直徑(短軸長度)的10％～80％的長度。過小時(shí)，則相對于閥體的大小，能夠插入的燃料供給部件細(xì)小，所以不能有效地供給燃料，而過大時(shí)，則密封性變差。
閥體的壓縮比率相對于原先的直徑(長度)，優(yōu)選為50％～95％的范圍。例如，這相當(dāng)于將長軸長度為5mm的橢圓形狀的閥體在2.5mm～4.75mm的范圍進(jìn)行壓縮的情況。當(dāng)該比率過小時(shí)，則閥體的組裝困難，而且插入燃料供給部件時(shí)的阻力變大，而該比率過大時(shí)，則使狹縫關(guān)閉的應(yīng)力不足，從而不能確保良好的密封性能。
如圖7及圖8所示，該燃料電池用燃料貯存體A以拆裝自如的方式與燃料電池主體N連接而供給使用。
也就是說，如圖7及圖8所示，燃料電池主體N具有單元電池(燃料電池單元)20、20，其通過在由微小碳素多孔體構(gòu)成的燃料電極體21的外表面部構(gòu)筑電解質(zhì)層23、以及在該電解質(zhì)層23的外表面部構(gòu)筑空氣電極層24而形成；燃料供給部件30，其具有與燃料貯存體A連接的滲透結(jié)構(gòu)；使用完畢的燃料儲(chǔ)罐40，其設(shè)置在燃料供給部件30的終端。上述各單元電池20，20串聯(lián)連接，且通過燃料供給部件30按順序供給燃料；上述燃料貯存體A是可以更換的卡合(cartridge)結(jié)構(gòu)體，可以插入燃料電池主體N的支持體18中。
該實(shí)施方式正如圖1、圖2(h)、圖3(h)及圖7所示的那樣，液體燃料F被直接儲(chǔ)藏，在收納有液體燃料F的燃料收納容器10的下部安裝著燃料流出部11，燃料供給部件30插在該燃料流出部11所具有的閥體12中，燃料的供給便通過燃料供給部件30而進(jìn)行。
燃料供給時(shí)，第1實(shí)施方式的燃料收納容器伴隨著燃料的排出，在容器內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓。這時(shí)，外界空氣從插入狹縫的燃料供給部件和狹縫開口的微小間隙、或用彈性體關(guān)閉且借助于燃料供給部件的插入而打開的閥門部件(彈簧閥)和燃料供給部件的微小間隙侵入，藉此進(jìn)行空氣置換，消除燃料收納容器內(nèi)部的負(fù)壓，從而可以進(jìn)行燃料供給。
這些燃料貯存體A的燃料收納容器10、燃料流出部11所具有的閥體12以及燃料供給部件30通過嵌合等方式分別進(jìn)行接合。這時(shí)，在各自部件的表面自由能高于液體燃料F的情況下，液體燃料容易進(jìn)入接合部的間隙而使液體燃料F泄漏的可能性增高。為此，在這些部件的至少與液體燃料F接觸的壁面，優(yōu)選進(jìn)行調(diào)整使其表面自由能比液體燃料更低。作為它的調(diào)整方法，在燃料收納容器10等與液體燃料接觸的壁面，可以通過使用聚硅氧烷系或氟系憎水劑的涂覆而實(shí)施憎水膜形成處理等。
如圖8(a)及(b)所示，成為單元電池的各燃料電池單元20具有由微小柱狀的碳素多孔體構(gòu)成的燃料電極體21，同時(shí)在其中央部具有貫通燃料供給部件30的貫通部22，而且其結(jié)構(gòu)是在燃料電極體21的外表面部構(gòu)筑電解質(zhì)層23，以及在該電解質(zhì)層23的外表面部構(gòu)筑空氣電極層24。此外，各燃料電池單元20每一個(gè)理論上產(chǎn)生大約1.2V的電動(dòng)勢。
作為構(gòu)成該燃料電極體21的微小柱狀碳素多孔體，可以是具有微小連通孔的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)體，例如可以列舉出包括三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或點(diǎn)燒結(jié)結(jié)構(gòu)且由無定型碳和碳粉構(gòu)成的碳復(fù)合成形體、各向同性的高密度碳素成形體、碳纖維抄紙成形體、活性碳成形體等，從容易控制燃料電池燃料極的反應(yīng)且進(jìn)一步提高反應(yīng)效率的角度考慮，優(yōu)選的是由無定型碳和碳粉構(gòu)成且具有微細(xì)連通孔的碳復(fù)合成形體。
作為用于制作由該多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的碳復(fù)合體的碳粉，從進(jìn)一步提高反應(yīng)效率的角度考慮，優(yōu)選的是選自高取向性熱分解石墨(HOPG)、集結(jié)石墨(Kish graphite)、天然石墨、人造石墨、碳納米管、富勒烯(fullerene)之中的至少1種 (單獨(dú)1種或2種以上的組合)。
另外，白金-釕(Pt-Ru)催化劑、銥-釕(Ir-Ru)催化劑以及白金-錫(Pt-Sn)催化劑等是在該燃料電極體21的外表面部，含浸包含該金屬離子或金屬絡(luò)合物等金屬微粒子前駆體的溶液或進(jìn)行浸漬處理，然后采用還原處理方法或金屬微粒子的電沉積法等而形成的。
作為電解質(zhì)層23，可以列舉出具有質(zhì)子傳導(dǎo)性或氫氧根離子傳導(dǎo)性的離子交換膜，例如以Nafion(杜邦公司制造)為首的氟系離子交換膜，除此以外，還可以列舉出耐熱性以及甲醇透過抑制性能良好的材料，例如，以無機(jī)化合物為質(zhì)子傳導(dǎo)材料、以聚合物為膜材料的復(fù)合膜(composite member)，具體地說，使用沸石作為無機(jī)化合物和苯乙烯-丁二烯系橡膠作為聚合物的復(fù)合膜、以及烴系接枝膜等。
另外，作為空氣電極層24，可以列舉出附載著白金(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等且包含多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)的碳多孔體，其中白金(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等的附載是以使用含有上述金屬微粒子前驅(qū)體的溶液的方法進(jìn)行的。
上述燃料供給部件30只要具有能夠插入燃料貯存體A的閥體12內(nèi)、從而將液體燃料F供給至各單元電池20的滲透結(jié)構(gòu)，就沒有特別的限定，例如，可以列舉出具有毛細(xì)管力的多孔體，其由氈、海綿、或者樹脂粒子燒結(jié)體、樹脂纖維燒結(jié)體等的燒結(jié)體等構(gòu)成；以及纖維束體，其包括天然纖維、獸毛纖維、聚縮醛系樹脂、丙烯酸系樹脂、聚酯系樹脂、聚酰胺系樹脂、聚氨酯系樹脂、聚烯烴系樹脂、聚乙烯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚醚系樹脂、聚亞苯基系(polyphenylenebase)樹脂等之中的1種、或2種以上的組合。這些多孔體、纖維束體的氣孔率可以根據(jù)向各單元電池20的供給量進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。
使用完畢的燃料儲(chǔ)罐40配置在燃料供給部件30的終端。這時(shí)，即使讓使用完畢的燃料儲(chǔ)罐40直接接觸燃料供給部件30的終端，并通過吸附儲(chǔ)藏體等直接吸附儲(chǔ)藏使用完畢的燃料，也不會(huì)存在問題，不過，在與燃料供給部件30接觸的連接部，作為中繼芯設(shè)置有中棉、多孔體或纖維束體等，也可以作為使用完畢的燃料排出通道。
另外，由燃料供給部件30供給的液體燃料供應(yīng)給燃料電池單元20中進(jìn)行的反應(yīng)，燃料供給量由于與燃料消耗量連動(dòng)，所以，幾乎沒有因末反應(yīng)而排出到電池外的液體燃料，它不像以前的液體燃料電池那樣，需要燃料出口側(cè)的處理系統(tǒng)，不過，當(dāng)基于運(yùn)行狀況而達(dá)到供給過剩時(shí)，所采用的結(jié)構(gòu)是反應(yīng)中沒有使用的液體燃料貯存在儲(chǔ)罐40內(nèi)，從而可以防止對電極上進(jìn)行的反應(yīng)產(chǎn)生不良影響。
此外，圖7中的50表示由網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)等構(gòu)成的部件，它連接著燃料貯存體A和使用完畢的燃料儲(chǔ)罐40，同時(shí)經(jīng)由燃料供給部件30，從燃料儲(chǔ)罐10直接向每個(gè)單元電池20，20切實(shí)地供給液體燃料。
使用這樣構(gòu)成的燃料貯存體A的燃料電池，從燃料貯存體A供給至插入燃料流出部的閥體12中的燃料供給部件30，再通過滲透結(jié)構(gòu)，將液體燃料導(dǎo)入到燃料電池單元20，20內(nèi)。
本發(fā)明提供一種燃料電池用燃料貯存體，其中，以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接的燃料貯存體A具有收納液體燃料F的管型燃料收納容器10、和燃料流出部11，同時(shí)燃料流出部11具有使燃料收納容器10的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體12，所以保管時(shí)沒有液體燃料的損失，而且可以直接向燃料電池主體N穩(wěn)定地供給液體燃料F，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)燃料電池的小型化。
上述實(shí)施方式在燃料流出部11上形成有使燃料收納容器10的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體12，即形成有連通部13，該連通部13通過插入液體燃料供給部件30，使燃料收納容器10與內(nèi)部得以連通，從而將燃料收納容器10內(nèi)部的液體燃料F供給至外部；同時(shí)，在閥體12收納于燃料流出部11時(shí)，閥體12通過閥體的外緣部14沿徑向壓縮，由此使壓縮力作用于連通部13上，因而可以更有效地防止來自連通部13的液體燃料F的泄漏。另外，由于采用的結(jié)構(gòu)是在燃料收納容器10中設(shè)置有適配器16，而且在適配器16的擋塊部16a和固定部件16c之間夾持著閥體12，所以組裝容易，可以將閥體12穩(wěn)定地固定在緊固于收納容器10的燃料流出部11內(nèi)。
另外，在上述實(shí)施方式中，至少燃料電極體21和/或連接于燃料電極體21的燃料供給部件30存在毛細(xì)管力，在該毛細(xì)管力的作用下，液體燃料可以穩(wěn)定且連續(xù)地從燃料收納容器10直接向每個(gè)單元電池20，20供給燃料而不會(huì)發(fā)生倒流和中斷。更優(yōu)選的是，通過設(shè)定燃料電極體21和/或連接于燃料電極體21的燃料供給部件30的毛細(xì)管力＜使用完畢的燃料儲(chǔ)罐40的毛細(xì)管力，則液體燃料可以穩(wěn)定且連續(xù)地從燃料收納容器10、各單元電池20，20直至使用完畢的燃料儲(chǔ)罐形成燃料的流道而不會(huì)發(fā)生倒流和中斷。
再者，該燃料電池所采用的結(jié)構(gòu)是，不需要特別使用泵、增壓器、燃料氣化器、冷凝器等輔助設(shè)備，不使液體燃料氣化便可以直接進(jìn)行順利的供給，所以能夠謀求燃料電池的小型化。
因此，該方式的燃料電池可以提供一種小型的燃料電池，其能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池整體的卡合化，可以用作手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電子儀器的電源。
此外，上述方式示出了使用2個(gè)燃料電池單元20的方式，但可以根據(jù)燃料電池使用用途的不同，增加燃料電池單元20的連接(串聯(lián)或并聯(lián))數(shù)量，以得到所需要的電動(dòng)勢等。
圖4表示本發(fā)明燃料電池用燃料貯存體的其它實(shí)施方式(第2實(shí)施方式)。在以下的方式中，對于與上述第1實(shí)施方式的燃料電池用燃料貯存體具有同樣構(gòu)成以及可以發(fā)揮相同效果的部件，標(biāo)記與圖1相同符號并省略其說明。
如圖4(a)～(c)所示，該第2實(shí)施方式的燃料電池用燃料貯存體B與上述第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)僅在于閥體的結(jié)構(gòu)，即對于具有上述第1實(shí)施方式的狹縫的閥體，通過彈性部件和彈簧部件等彈性體將其關(guān)閉，通過液體燃料供給部件的插入將其打開。
該閥體60的結(jié)構(gòu)是，在主體部61上具有閥座部(valve-receivingpart)61a，在彈性部件和彈簧部件等彈性體62的作用下，斷面呈倒“T”字形的閥門部件63總是賦予閥座部61a以彈性勢能而關(guān)閉；并通過液體燃料供給部件30的插入而打開，用以供給液體燃料。
使用這樣構(gòu)成的燃料貯存體B的燃料電池與上述第1實(shí)施方式同樣，將液體燃料從燃料貯存體B供給至插入成為燃料流出部的閥體60中的燃料供給部件30，再通過滲透結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入燃料電池單元20，20內(nèi)。
該方式提供一種燃料電池用燃料貯存體，其中，以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接的燃料貯存體B具有收納液體燃料F的管型燃料收納容器10、和燃料流出部11，同時(shí)燃料流出部11具有使燃料收納容器10的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體60，所以保管時(shí)沒有液體燃料的損失，而且可以直接向燃料電池主體N穩(wěn)定地供給液體燃料F，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)燃料電池的小型化。
圖9及圖10表示本發(fā)明的燃料電池用燃料貯存體的其它實(shí)施方式(第3實(shí)施方式)，它們表示的是閥體的其它形態(tài)以及與燃料電池主體連接的其它形態(tài)。
如圖9～圖10所示，該第3實(shí)施方式的燃料貯存體C與上述第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于經(jīng)由插入閥體12中的燃料供給管31而與燃料供給部件30連接；以及作為閥體的結(jié)構(gòu)，關(guān)閉的閥體通過插入與燃料供給部件30連接的燃料供給管31而打開等。該燃料貯存體C與上述第1實(shí)施方式同樣地使用，并發(fā)揮所期望的效果。
此外，雖然在圖中沒有示出，但也可以采用如下的結(jié)構(gòu)在燃料供給部件30的頂端(圖9、圖10的箭頭方向)，與上述第1實(shí)施方式(圖7)同樣地，以串聯(lián)或并聯(lián)的方式將燃料電池單元20，20…連接起來。
本發(fā)明的燃料電池用貯存體并不限于上述的各實(shí)施方式，可以在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。
例如，燃料電池單元20使用了圓柱狀的電池，但也可以是棱柱狀、板狀等其它形狀，另外，與燃料供給部30的連接除串聯(lián)連接外，也可以是并聯(lián)連接。
根據(jù)上述實(shí)施方式，也可以防止空氣等異物因氣壓、溫度的變化等而從燃料供給管31周邊浸入直接收納在燃料收納容器10內(nèi)的液體燃料F中，但是，只要是可以插入燃料供給部件30、從而將液體燃料供應(yīng)給燃料供給部件30的結(jié)構(gòu)，就沒有特別的限定。
燃料收納容器也可以設(shè)計(jì)為如下的容器形狀，即在封閉空間內(nèi)，一部分形成開放部，而且從該開放部導(dǎo)入與供應(yīng)給外部的液體燃料相應(yīng)的空氣。
再者，上述實(shí)施方式就直接甲醇型燃料電池進(jìn)行了說明，但只要是以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接的燃料貯存體，而且燃料貯存體具有收納液體燃料的燃料收納容器和燃料流出部，同時(shí)燃料流出部具有使燃料收納容器的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體，本發(fā)明就不會(huì)局限于上述直接甲醇型燃料電池，也可以優(yōu)選適用于含改質(zhì)型的高分子改質(zhì)膜型燃料電池。
此外，作為燃料電池主體，其通過在由微小碳素多孔體組成的燃料電極體的外表面部上構(gòu)筑電解質(zhì)層、以及在該電解質(zhì)層的外表面部上構(gòu)筑空氣電極層而構(gòu)成燃料電池主體，但燃料電池主體的結(jié)構(gòu)并沒有特別的限定，例如也可以設(shè)計(jì)為如下的燃料電池主體，其具有以導(dǎo)電性碳質(zhì)多孔體為基材、并在該基材表面形成電極/電解質(zhì)/電極各層的單元電池或連接2個(gè)以上該單元電池的連接體，另外，所采用的結(jié)構(gòu)是，上述基材通過燃料供給部件而使液體燃料滲透，同時(shí)將基材外表面上形成的電極面暴露在空氣中。
實(shí)施例下面根據(jù)實(shí)施例更詳細(xì)述說本發(fā)明，不過本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。
〔實(shí)施例1～4及比較例1〕制造5種具有以下所示構(gòu)成且燃料流出部的閥體各不相同的燃料貯存體，并充填液體燃料(70wt％甲醇溶液，比重0.87)。
實(shí)施例1～3及比較例1液體燃料2g實(shí)施例4液體燃料1g(燃料收納容器的構(gòu)成容器1及容器2)容器1長度100mm、外徑8mm、內(nèi)徑6mm，將聚丙烯制擠壓管的一個(gè)端面用長度2mm、第1外徑8mm、第2外徑6mm的聚丙烯制注射成形品的蓋進(jìn)行密封。
容器2長度100mm、外徑6mm、內(nèi)徑4mm，將聚丙烯制擠壓管的一個(gè)端面用長度2mm、第1外徑6mm、第2外徑4mm的聚丙烯制注射成形品的蓋進(jìn)行密封。
實(shí)施例1～3和比較例l使用容器1實(shí)施例4使用容器2燃料流出部1(狹縫閥、基于圖2)狹縫閥1長度3mm(不包括突起，有突起時(shí)為4mm)、長軸5mm、短軸4mm、狹縫長度1.5mm、丁基橡膠制，該丁基橡膠制狹縫閥相對于上述70wt％甲醇溶液的液體燃料，在50℃、30％RH的條件下，其透氣性為0.1mg/day/atm；而且按JIS K6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為10％(下同)。
適配器l長度6mm、外徑6mm、內(nèi)徑4mm、燃料供給體插入口內(nèi)徑1.2mm、聚丙烯制注射成形品擋塊1長度2mm、外徑4mm、內(nèi)徑3mm、聚丙烯制注射成形品燃料流出部2(狹縫閥、基于圖3)狹縫閥2長度3mm(不包括突起，有突起時(shí)為4mm)、外徑5mm、狹縫長度1.5mm、丁基橡膠制，該丁基橡膠制狹縫閥相對于上述70wt％甲醇溶液的液體燃料，在50℃、30％RH的條件下，其透氣性為0.1mg/day/atm；而且按JIS K6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為10％。
適配器2長度6mm、外徑6mm、內(nèi)徑的長軸5mm、短軸4mm、燃料供給體插入口內(nèi)徑1.2mm、聚丙烯制注射成形品擋塊2長度2mm、外徑的長軸5mm、短軸4mm，內(nèi)徑的長軸4mm、短軸3mm，聚丙烯制注射成形品燃料流出部3(閥門閥、參照圖4)長度10mm、外徑6mm、內(nèi)徑1mm、閥門主體聚丙烯制彈性體不銹鋼型彈簧閥門體聚丙烯制燃料流出部4(狹縫閥、基于圖5)狹縫閥1長度3mm(不包括突起，有突起時(shí)為4mm)、長軸5mm、短徑4mm、狹縫長度1.5mm、丁基橡膠制，該丁基橡膠制狹縫閥相對于上述70wt％甲醇溶液的液體燃料，在50℃、30％RH的條件下，其透氣性為0.1mg/day/atm；而且按JIS K6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為10％。
擋塊1長度2mm、外徑4mm、內(nèi)徑3mm、聚丙烯制注射成形品把上述狹縫1閥及擋塊1直接壓入收納容器2中，將其設(shè)定為燃料流出部4。
燃料流出部5(狹縫閥、基于圖6)狹縫閥3長度3mm(不包括突起，有突起時(shí)為4mm)、外徑4mm、狹縫長度1.5mm、丁基橡膠制，該丁基橡膠制狹縫閥相對于上述70wt％甲醇溶液的液體燃料，在50℃、30％RH的條件下，其透氣性為0.1mg/day/atm；而且按JIS K6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為10％。
適配器1長度6mm、外徑6mm、內(nèi)徑4mm、燃料供給體插入口內(nèi)徑1.2mm、聚丙烯制注射成形品擋塊1長度2mm、外徑4mm、內(nèi)徑3mm、聚丙烯制注射成形品實(shí)施例1 使用燃料流出部1實(shí)施例2 使用燃料流出部2實(shí)施例3 使用燃料流出部3實(shí)施例4 使用燃料流出部4比較例1 使用燃料流出部5制作具有上述構(gòu)成的燃料流出部的燃料貯存體，實(shí)施以下的試驗(yàn)。
(試驗(yàn)1燃料排出性)將成為燃料供給體且直徑為1.0mm(中空部直徑0.80mm)的不銹鋼中空管插入上述燃料收納容器的燃料流出部所具有的狹縫閥體12、或閥門閥體60中，以評價(jià)燃料貯存體的各排出特性。
在實(shí)施例1～4、比較例1中，已經(jīng)判明充填的液體燃料全部可以排出。
(試驗(yàn)2燃料貯存性初期)制作上述構(gòu)成的燃料貯存體，確認(rèn)燃料的泄漏。
使燃料流出部朝下，縱向地在室溫下放置1天后，測量其重量變化。
評價(jià) ○重量變化 不足10％×重量變化 10％以上在實(shí)施例1～4、比較例1中，已經(jīng)判明重量變化不足10％，說明燃料貯存性良好。
(試驗(yàn)3燃料貯存性 加溫條件)制作上述構(gòu)成的燃料貯存體，確認(rèn)燃料的泄漏。
將燃料流出部朝下，縱向地在50℃、60％RH的條件下放置1天后，測量其重量變化。
評價(jià) ○重量變化 不足10％×重量變化 10％以上在實(shí)施例1～4中，已經(jīng)判明重量變化不足10％，說明燃料貯存性良好，但在比較例1中，已經(jīng)判明重量變化超過10％，說明貯存性存在問題。
(試驗(yàn)4燃料貯存性加壓條件)制作上述構(gòu)成的燃料貯存體，從燃料流出部的相反側(cè)，用壓縮空氣加壓(100kPa)，確認(rèn)燃料的泄漏。
評價(jià) ○沒有燃料泄漏×燃料噴出在實(shí)施例1～4中，已經(jīng)判明沒有燃料的泄漏，說明燃料貯存性良好。但在比較例1中，已經(jīng)判明燃料噴出，所以在燃料的加壓條件下，說明貯存性存在問題。
實(shí)施例、比較例的燃料貯存體的構(gòu)成如表1所示，試驗(yàn)1～4的結(jié)果如表2所示。
表1
表2
本發(fā)明的液體燃料貯存體，可以適用于小型燃料電池的燃料貯存體，其中小型燃料電池一般用作手機(jī)、筆記本電腦以及PDA等便攜式電子儀器的電源。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用燃料貯存體，其以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接，其特征在于該燃料貯存體具有收納液體燃料的燃料收納容器和燃料流出部，而且該燃料流出部具有使燃料收納容器的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于通過在所述閥體中插入液體燃料供給部件而使燃料收納容器內(nèi)部和燃料電池主體連通，從而形成使燃料收納容器內(nèi)部的液體燃料向燃料電池主體側(cè)供給的連通部。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體由彈性材料構(gòu)成；所述連通部是狹縫，壓縮力作用于使該狹縫關(guān)閉的方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體的斷面形狀呈橢圓狀，在短軸方向設(shè)有狹縫，而且該閥體的長軸被壓縮成比所述狹縫長度更短的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于將所述橢圓形狀的閥體壓入具有比該閥體的長軸短的長軸的橢圓、或者具有比該閥體的長軸短的直徑的圓形狀的容器內(nèi)，以壓縮該閥體的長軸方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體的斷面形狀呈圓形狀，并設(shè)有狹縫，而且該閥體被壓入具有比其直徑更短的短軸的橢圓形狀的容器內(nèi)，以便使狹縫所形成的線為橢圓的長軸方向，從而垂直于狹縫的方向被壓縮成比該閥體的直徑短的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5～6的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體被壓入的容器為燃料收納容器中設(shè)置的閥體收納部。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5～6的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體被壓入的容器為閥體適配器，將在閥體適配器中收納了閥體的復(fù)合體安裝在燃料收納容器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求
3～8的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于構(gòu)成所述閥體的材料，相對于所述液體燃料具有較低的透氣性，而且按JIS K 6262-1997所規(guī)定的壓縮永久應(yīng)變率為20％以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體材料為丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、丁腈橡膠之中的任一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求
2～10的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于在所述閥體上，面向燃料收納容器的內(nèi)部形成有凸?fàn)钔黄稹?br>12.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述閥體的閥門部件通過彈性體而關(guān)閉，通過液體燃料供給部件的插入而打開。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1～12的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述液體燃料是選自甲醇溶液、乙醇溶液、二甲醚DME、甲酸、聯(lián)氨、氨溶液、乙二醇、蔗糖水溶液以及硼氫化鈉水溶液之中的至少1種。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1～13的任一項(xiàng)所述的燃料電池用燃料貯存體，其特征在于所述燃料電池主體的構(gòu)成是，單元電池通過在燃料電極體的外表面部構(gòu)筑電解質(zhì)層、以及在該電解質(zhì)層的外表面部構(gòu)筑空氣電極層而形成，多個(gè)所述單元電池連接在一起，同時(shí)在該單元電池上連接著與燃料貯存體連接的燃料供給部件，用以供給液體燃料。
專利摘要
本發(fā)明的燃料電池用燃料貯存體以拆裝自如的方式與燃料電池主體連接，具有收納液體燃料的管型燃料收納容器和燃料流出部，同時(shí)該燃料流出部具有使燃料收納容器的內(nèi)部和外部的連通得以密封的閥體，閥體的結(jié)構(gòu)包括在彈性材料上形成狹縫，而且利用彈性體賦予閥門部件以彈性勢能，并通過插入燃料供給部件而打開。
文檔編號H01M8/06GK1998104SQ200580017029
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月26日
發(fā)明者長田隆博, 須田吉久, 神谷俊史, 山田邦生, 西村浩二 申請人:三菱鉛筆株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan