燃料电池用容器和燃料电池制造技术

一种能收容电解质构件的小型牢固、能均匀供给气体且容器内的温度梯度均匀化并能高效电连接的可靠性高的燃料电池容器，具备：在上面有收容具有第１第２电极的电解质构件（３）的凹部的基体、从凹部底面向基体（６）外面形成的第１流体流路（８）、一端配置在与第１电极相对的凹部底面，另一端在基体外面形成的第１布线导体（１０）、气密密封凹部的盖体、从盖体（７）下面形成到外面的第２流体流路（９）、一端配置在盖体下面另一端导出到盖体外面的第２布线导体，叠合多个燃料电池容器的单元体，下侧单元体的第１布线导体与上侧单元体的第２布线导体电连接，同时在单元体侧面凸部形成在与邻接的单元体叠合一侧的端部，邻接的凸部之间被粘接。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池用容器和燃料电池
本专利技术涉及能收容电解质构件的由陶瓷构成的小型且高可靠性的燃电池用容器以及使用它的燃料电池。
技术介绍
近年来，迄今为止在低温下工作的小型燃料电池的开发很活跃。对于燃料电池，按它所用的电解质种类已知有固体高分子电解质型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell；以下称为PEFC)、磷酸型燃料电池、或者固体电解质型燃料电池等。其中PEFC的工作温度是80～100℃左右这样的低温，有如下这样优良的特长：(1)输出密度高，能小型化轻量化；(2)电解质无腐蚀性，而且由于工作温度低，从耐蚀方面看对电池构成材料的限制小，所以容易降低成本；(3)由于能在常温下起动，所以起动时间短，这样一来，PEFC灵活运用以上这样的特长，不但能适用于车辆用驱动电源、家庭用的综合能源系统等，而且也考虑用作便携式电话、PDA(Personal Digital Assistants)、笔记本电脑、数字照像机及录像机等输出为数瓦～数十瓦的便携式电子机器的电源。PEFC在结构上大致有例如由附着了铂、铂-钌等催化剂微粒的炭素电极构成的燃料极(阳极)；由附着了铂等催化剂微粒的炭素电极构成的空气极(阴极)和夹装在燃料极与空气极之间的薄膜状的电解质构件。这里，通过改质部抽出的氢气(H2)供给燃料极，另一方面大气中的氧气(O2)供给空气极，借助电化学反应生成规定的电能(发电)，即生成成-->为对负载的驱动电源(电压/电流)的电能。具体地说，氢气(H2)供给燃料电极后，如下面的化学反应式(1)所示，借助上述催化剂产生分离了电子(e-)的氢离子(质子；H+)，通过电解质构件在空气极侧通过，同时借助构成燃料极的炭素电极取出电子(e-)并供给负载。                          (1)另一方面，空气供给空气极后，如下面的化学反应式(2)所示，借助上述催化剂，经由负载的电子(e-)和通过电解构件的氢离子(H+)以及空气中的氧气(O2)进行反应生成水(H2O)。                   (2)这样一系的电化学反应(式(1)和式(2))大约在80～100℃的比较低的温度条件下进行，电力以外的副产物基本上只有(H2O)。构成电解质构件的离子导电膜(交换膜)已知有具有磺酸基的聚苯乙烯系的阳离子交换膜、氟代烃磺酸与聚偏氯乙烯的混合膜、以及将三氟乙烯接枝化到氟代烃基质后的膜，最近全氟代烃磺酸膜(例如商品名：ナフイオン，デユボン社制)等正在被应用。图4示出现有的燃料电池(PEFC)的结构的剖面图。在该图中，21是PEFC，23是电解质构件，24和25是配置在电解质构23上用以挟持电解质构件并具有作为气体扩散层和催化剂层功能的一对多孔质电极，即燃料极和空气极，26是气体分离器，28是燃料流路，29是空气流路，30是集电极，31是紧固板，32是螺栓。气体分离器26由形成气体分离器26的外形的层叠部和气体流入流出框架、分离燃料流路28和空气流路29的分离器部、以及贯通该分离器部设置的并与电解质构件23的燃料极24和空气极25对应配置的电极构成。通过气体分离器26层叠多个电解质构件23的燃料极24、空气极25使之电串联和/或并联连接，用集电极30取出电能，用紧固板31将各气体分离器借助螺栓32使之有必要的表面压力那样进行紧固固定，作为电池最小单位的燃料电池组，将该燃料电池组收容在箱体中，此即通常的PEFC主体。通过在气体分离器26形成的燃料流路28，从改质器向燃料极24供给含有水蒸气的燃料气体(富含氢的气体)，而通过空气流路29从大气中向空气极25供给作为氧化剂的空气，借助在电解质构件23的化学反应进行-->发电。相关技术的专利文献：特开2001-266910号公报特表2001-507501号公报然而，作为这样的高电压、高容量的电池，迄今提出并被开发的燃料电池21是有组套结构，其构成要素被大面积化、大重量化，是一种大型的电池，作为小型电池的燃料电池的利用，以往几乎未加考虑。即，对这样的燃料电池21的现有的气体分离器26来说，在用其将电解质构件23层叠后的层叠体中，由于电解质构件23的侧面向外部露出，携带时出现掉下来等情况容易受到损伤，存在难以保证燃料电池21总体的机械可靠性的问题。为了在便携式电子机器上装载燃料电池21，就需要与现有的大型燃料不同的，在紧凑性、简便性、安全性方面优良的燃料电池用容器。即，为了用作通用的化学电池这样的便携电源，为了使升达工作温度的过程短时间化，也为使热容量减少，虽然有必要使燃料电池用容器小型化、低高度化，但在现有的燃料电池21中占有热容量比率的大部分的气体分离器26，特别是在对石墨板的表面进行切削加工形成流路的气体分离器26的情况下等，由于壁薄容易破裂，所以要有数mm的厚度。所以存在小型化、低高度化困难这样的问题。进而，燃料电池21的输出电压存在在气体分离器26的厚度厚时电阻变大，其结果相对输出电流的电压损失增加，使输出电压下降的问题。多个电解质构件23及与其相对的燃料极24、空气极25和气体分离器26的组合被任意高效地串联连接或并联连接，虽然有必要调整总体的输出电压和输出电流，但对现有的燃料电池21来说，为了从夹持电解质构件23的燃料极和空气极取出电能，用集电极30向外部引出并与外部电路连接，用紧固板31使多个气体分离器26作为导电性材料叠合成为串联连接的方法，有必要使紧固板31和螺栓32与集电极30绝缘，在小型燃料电池中使零部件数增加，薄型化困难，进而还存在电池间电连接的自由度减少的问题。
技术实现思路
-->本专利技术是鉴于现有技术的上述问题而完成的，其目的在于提供一种能收容电解质构件的小型的牢固的并有高效率电连接的可靠性的燃料电池用容器以及使用它的燃料电池。本专利技术是包括互相叠合的多个单元体的燃料电池用容器，各单元体具有：在一方侧有收容电解质构件的凹部的由陶瓷构成的基体，所述的电解质构件在一方主面和另一方主面上分别有第1电极和第2电极；从与上述电解质构件的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体的外面而形成的第1流体流路；一端配置在与上述电解质构件的上述第1电极相对的上述凹部的底面，另一端引到上述基体的外面而形成的第1布线导线；覆盖上述凹部并粘合在上述基体的上述凹部周围的一面上的使上述凹部气密密封的盖体；从与上述电解质构件的上述另一主面相对的上述盖体的一面到上述盖体的外面而形成的第2流体流路；和一端配置在与上述电解质构件的上述第2电极相对的上述盖体的一面上，另一端向上述盖体的外面导出的第2布线导体；另外，一方单元体的上述第1布线导体与叠合并隣接的另一方单元体的上述第2布线导体电连接，同时在上述单元体的侧面，在与邻接的上述单元体叠合一侧的端部形成凸部，邻接的上述凸部之间被粘合。本专利技术是包括互相叠合的多个单元体的燃料电池用容器，各单元体具有：在一侧有多个收容电解质构件的凹部的由陶瓷构成的基体，所述的电解质构件在一方主面上和另一方主面上分别有第1电极和第2电极；从与上述电解质构件的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体的外面而形成的第1流体流路；一端配置在与上述电解质构件的上述第1电极相对的上述凹部的底面，另一端向上述基体的外面导出形成的第3布线导体；覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用容器（２），包括互相叠合的多个单元体（１３），其特征在于，各单元体（１３）具备：基体（６），在一侧有收容电解质构件（３）的凹部并由陶瓷构成，所述的电解构件（３）在一方主面和另一方主面上分别有第１电极（４）和第２电极（５ ）；第１流体流路（８），从与上述电解质构件（３）的上述的一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体（６）的外面而形成；第１布线导体（１０），一端配置在与上述电解质构件（３）的上述第１电极（４）相对的上述凹部的底面，另一端引向上述 基体（６）的外面而形成；盖体（７），覆盖上述凹部并粘合到上述基体（６）的上述凹部周围的一方面上而气密密封上述凹部；第２流体流路（９），从与上述电解质构件（３）的上述另一方主面相对的上述盖体的一方的面到上述盖体（７）的外面而形 成；和第２布线导体（１１），一端配置在与上述电解质构件（３）的上述第２电极（５）相对的上述盖体（７）的一方的面上，另一端向上述盖体（７）的外面导出，另外，一方的单元体的上述第一布线导体（１０）与被叠合并邻接的另一方单元体的第 二布线导体（１１）电连接，同时在上述单元体的侧面，凸部（１２）形成在与邻接的上述单元体叠合的一侧的端部，邻接的上述凸部（１２）之间被粘接。...

【技术特征摘要】
JP 2003-6-26 2003-1831461.一种燃料电池用容器(2)，包括互相叠合的多个单元体(13)，其特征在于，各单元体(13)具备：基体(6)，在一侧有收容电解质构件(3)的凹部并由陶瓷构成，所述的电解构件(3)在一方主面和另一方主面上分别有第1电极(4)和第2电极(5)；第1流体流路(8)，从与上述电解质构件(3)的上述的一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体(6)的外面而形成；第1布线导体(10)，一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的上述凹部的底面，另一端引向上述基体(6)的外面而形成；盖体(7)，覆盖上述凹部并粘合到上述基体(6)的上述凹部周围的一方面上而气密密封上述凹部；第2流体流路(9)，从与上述电解质构件(3)的上述另一方主面相对的上述盖体的一方的面到上述盖体(7)的外面而形成；和第2布线导体(11)，一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第2电极(5)相对的上述盖体(7)的一方的面上，另一端向上述盖体(7)的外面导出，另外，一方的单元体的上述第一布线导体(10)与被叠合并邻接的另一方单元体的第二布线导体(11)电连接，同时在上述单元体的侧面，凸部(12)形成在与邻接的上述单元体叠合的一侧的端部，邻接的上述凸部(12)之间被粘接。2.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2)，其特征在于，粘接上述凸部(12)之间的粘接剂(14)，由热固化性树脂构成，其固化温度在200℃以下。3.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2)，其特征在于，上述基体(6)和盖体(7)的弯曲强度在200Mpa以上。4.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2)，其特征在于，上述基体(6)和盖体(7)的厚度是0.2～5mm。-->5.按照权利要求1所述的燃料电池用容器(2)，其特征在于，上述基体(6)和盖体(7)由相对密度在90％以上的氧化铝烧结体构成。6.一种燃料电池用容器(2A)，包括互相叠合的多个单元体(13a)，其特征在于，各单元体(13a)具备：基体(6a)，在一方侧有收容电解质构件(3)的多个凹部并由陶瓷构成，所述的电解质构件(3)在一方主面与另一方主面上分别有第一电极(4)和第2电极(5)；第1流体流路(8)，从与上述电解质构件(3)的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体(6a)外面而形成；第3布线导体(10a)，一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的上述凹部的底面，另一端向上述基体(6a)的外面导出；盖体(7a)，覆盖上述凹部并粘合在上述基体(6a)的上述凹部周围的一方的面上而气密密封上述凹部；第2流体流路(9)，从与上述电解质构件(3)的上述另一方主面相对的盖体(7a)的一方的面到上述盖体(7a)的外面而形成；第4布线导体(11a)，一端配置在与上述电解质构件(3)的上述第2电极(5)相对的上述盖体(7a)的一方的面上，另一端向上述盖体(7a)的外面导出；和第5布线导体(15)，在上述基体(6a)上形成，一端在上述多个凹部中1个的底面与和上述电解质构件(3)的上述第1电极(4)相对的第3布线导体(10a)连接，同时另一端在上述多个凹部中另一个的底面与和上述电解质构件(3)的第1电极(4)相对的第3布线导体(10a)连接；另外，一方单元体的上述第3布线导体(10a)与叠合并邻接的另一方单元体的上述第4布线导体(11a)电连接，同时在上述单元体的侧面，在与邻接的上述单元体叠合一侧的端部形成凸部(12)，邻接上述凸部(12)之间被粘接。7.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A)，其特征在于，粘接上述凸部(12)之间的粘接剂(14)，由热固化性树脂构成，其固化温度在200℃以下。8.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A)，其特征在于，上述基体(6a)和盖体(7a)的弯曲强度在200Mpa以上。-->9.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A)，其特征在于，上述基体(6a)和盖体(7a)的厚度是0.2～5mm。10.按照权利要求6所述的燃料电池用容器(2A)，其特征在于，上述基体(6a)和盖体(7a)由相对密度在90％以上的氧化铝烧结体构成。11.一种燃料电池用容器(2B)，包括互相叠合的多个单元体(13b)，其特征在于，各单元体(13b)具备：基体(6b)，在一方侧有多个收容电解质构件(3)的凹部并由陶瓷构成，所述的电解质构件(3)在一方主面与另一方主面上分别有第1电极(4)和第2电极(5)；第1流体流路(8)，从与上述电解质构件(3)的上述一方主面相对的上述凹部的底面到上述基体(6b)的外面而形成。第6布线导体(10b)，一端配置在与...

【专利技术属性】
技术研发人员：石井格，
申请(专利权)人：京瓷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]