CN1297027C - 燃料电池用容器、燃料电池以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料用电池容器，具备：具有收容具有第1及第2电极(4、5)的电解质部件(3)的凹部的基体(6)，从凹部的底面到基体(6)的外面形成的第1流体流路(8)，一端设置在凹部的底面上、另一端导出到基体(6)的外面的第1配线导体(10)，安装在基体(6)的凹部的周围的上面的盖体(7)，从盖体(7)的下面到外面形成的第2流体流路(9)，和一端设置在盖体(7)的下面、另一端导出到盖体(7)的外面的第2配线导体(11)，在第1电极(4)和基体(6)的接触部或者第2电极(5)和盖体(7)的接触部中的至少一方上形成有凹坑(12)。

Description

燃料电池用容器、燃料电池以及电子设备

技术领域

本发明涉及可收容电解质部件的由陶瓷构成的小型且可靠性高的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池以及电子设备。

背景技术

近年来，一直在积极进行在比以前低的温度下动作的小型燃料电池的开发。在燃料电池中，根据所使用的电解质的种类，已知有固体高分子电解质型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell：以下记述为PEFC)、磷酸型燃料电池、或者固体电解质型燃料电池。

其中，PEFC的工作温度是80～100℃左右的低温，具有如下的显著的特长，即：

(1)输出密度高，可以实现小型化、轻型化。

(2)由于电解质为非腐蚀性，而且工作温度低，故耐蚀性方面对电池构成材料的限制少，从而容易降低成本。

(3)由于能够在常温下启动，所以启动时间短。

因此，一直在考虑充分发挥PEFC的以上的特长，不仅应用于车辆用的驱动电源和家庭用的发电及废热供暖***等，而且将其作为移动电话、PDA(Personal Digital Assistants)、个人计算机、数字相机及摄像机等输出为数W～数十W的便携电子设备用的电源使用。

PEFC例如具有由附着有铂或铂-钌等催化剂微粒的碳精电极构成的燃料极(阴极)、由附着有铂等催化剂微粒的碳精电极构成的空气极(阳极)、和夹装在燃料极与空气极之间的薄膜状的电解质部件(以下记述为电解质部件)。这里，通过向燃料极供给经由改性部提取的氢气(H₂)，另外向空气极供给大气中的氧气(O₂)，从而利用电化学反应生成规定的电能(发电)，生成构成驱动负载的驱动电源(电压/电流)的电能。

具体而言，向燃料极供给氢气(H₂)，则如下面的化学反应式(1)所示，就会产生通过上述催化剂而分离了电子(e^-)的氢离子(质子；H⁺)，经由电解质部件而通过空气极侧的同时，利用构成燃料极的碳精电极取出电子(e^-)并供给电荷。

……(1)

另外，向空气极供给空气，则如下面的化学反应式(2)所示，利用上述催化剂经由了负载的电子(e^-)和通过了电解质部件的氢离子(H⁺)和空气中的氧气(O₂)反应而生成水(H₂O)。

……(2)

这样的一系列的电化学反应(反应式(1)和反应式(2))大致在80～100℃的比较低的温度条件下进行，电力以外的副生成物基本上仅为水(H₂O)。

构成电解质部件的离子导电膜(交换膜)，已知有具有磺酸基聚苯乙烯系的阳离子交换膜、氟代碳磺酸和聚偏二氟乙烯的混合膜、在氟代烃基质中将三氟代乙烯接枝化的物质等，最近采用了全氟烃磺酸膜(例如商品名“ナフイオン”，杜邦公司制)等。

图5中以剖视图表示以前的燃料电池(PEFC)的构成。图中，21为PEFC，23为电解质部件，24和25为以夹持电解质部件的方式配置在电解质部件23上、具有气体扩散层和催化剂层的功能的一对多孔性电极，即燃料极和空气极，26为气体分离器，28为燃料流路，29为空气流路。

气体分离器26由形成气体分离器26的外形的叠层部和气体流入流出框、分离燃料流路28和空气流路29的分离器部、贯通该分离器部设置并与电解质部件23的燃料极24和空气极25对应配置的电极构成。多个电解质部件23的燃料极24、空气极25以电串联以及/或者并联连接的方式借助分离器26叠层，形成电池的最小单位即燃料电池叠层组件，将该燃料电池叠层组件收容到箱体中而形成一般的PEFC本体。

通过在分离器26上形成的燃料流路28从改性器向燃料极24供给包含水蒸气的燃料气体(富含氢的气体)，而且通过空气流路29从大气中向空气极25供给作为氧化剂的空气，利用电解质部件23的化学反应进行发电。

作为相关技术，具有特开2001-266910号公报和特表2001-507501号公报。

但是，作为这种高电压、高容量的电池，以前提出并开发的燃料电池21是具有叠层结构、构成要素面积大、重量大的大型的电池，作为小型电池的燃料电池的利用，在以前几乎没有考虑。

也就是说，在这种燃料电池21的以前的气体分离器26中，使用这种气体分离器将电解质部件23叠层的叠层体中，电解质部件23的侧面露出到外部，因而具有如下的问题，即，在携带时容易由于落下而受到损伤，难于确保燃料电池21整体的机械可靠性。

而且，为了在便携电子设备中搭载燃料电池21，需要有与以前的大型燃料不同的、紧凑性、简便性、安全性优良的燃料电池用容器。即为了作为通用的化学电池那样的便携式电源应用，为了在短时间内使温度上升到工作温度，另外为了减小热容量，需要使燃料电池用容器小型化、低尺寸化。但是，在以前的燃料电池21中，占有热容量的比例的大部分的气体分离器26，尤其是在碳板的表面利用切削加工形成流路的气体分离器26的情况等下，若薄壁化则会变脆，所以需要数mm的厚度。因此，也有难于小型化、低尺寸化的问题。

并且，燃料电池21的输出电压根据向电解质部件23的表面、背面的各电极24、25供给的气体的分压而决定。即供给到电解质部件23的燃料气体进入气体流路28而在发电反应中被消耗后，燃料极24的面上的燃料气体的分压下降，输出电压降低。与之相同，空气进入空气流路29而被消耗后，空气极25的面上的氧的分压下降，输出电压降低。因此，需要均匀地供给燃料气体，但是由于以前的燃料电池21的气体分离器26通过在碳板的表面上切削加工而形成流路，所以在薄型化时流路的槽会变窄，因而流路阻力会变大，有难于实现均匀的气体供给的问题。

而且，多个电解质部件23和与其对向的燃料极24、空气极25和气体分离器26的组合，需要任意地高效率地串联连接或者并联连接，调整整体的输出电压以及输出电流。但是，在以前的燃料电池21中，由于从夹着电解质部件23的燃料极24和空气极25取出电力，所以只能采取拉出到外部连接的方法、或将气体分离器26为导电性材料并重合串联连接的方法，具有难于在小型燃料电池中实现的问题。

而且，在电解质部件23上利用电化学反应生成的水(H₂O)会堵塞空气流路29，所以也有通过空气流路29从大气中向空气极25供给作为氧化剂气体的空气变得困难，从而阻碍电解质部件23处的电化学反应，因而发电效率恶化的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述的现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种可收容电解质部件的、小型的、坚固的燃料电池用容器，而且能够进行气体的均匀供给、燃料电池容器内的温度梯度的均一化、高效的电连接的具有可靠性的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池以及电子设备。

本发明是一种燃料电池用容器，其特征在于，包含：

在一方的面上具有收容电解质部件的凹部的由陶瓷形成的基体，其中电解质部件在一方及另一方的主面上分别具有第1及第2电极，

从与上述电解质部件的上述一方的主面对向的上述凹部的底面到上述基体的外面形成的第1流体流路，

一端与所述第1流体流路错开而设置在与上述电解质部件的上述第1电极对向的上述凹部的底面、另一端导出到上述基体的外面的第1配线导体，

以覆盖上述凹部的开口的方式安装在上述基体的一面上的、气密密封上述凹部并且由陶瓷形成的盖体，

从与上述电解质部件的上述另一方的主面对向的上述盖体的一方的面到上述盖体的外面形成的第2流体流路，和

一端与所述第2流体流路错开而设置在与上述电解质部件的上述第2电极对向的上述盖体的一方的面、另一端导出到上述盖体的外面的第2配线导体；

在上述第1电极和上述第2电极中的至少一方表面形成有凹坑，所述凹坑是通过与所述第1配线导体和/或所述第2配线导体配合而使其与对应的配线导体之间的接触面积增大的凹坑。

在本发明中，其特征在于，在上述第1流体流路及上述第2流体流路中的至少一方的内壁上包覆着吸湿材料。

在本发明中，其特征在于，上述基体及盖体的弯曲强度为200Mpa以上。

在本发明中，其特征在于，上述基体及盖体由相对密度90％以上的氧化铝质烧结体形成。

在本发明中，其特征在于，上述基体及盖体的厚度为0.2～5mm。

在本发明中，其特征在于，上述第1配线导体从上述基体的凹部的底面突出10μm以上形成。

在本发明中，其特征在于，上述第2配线导体从上述盖体的一方的面突出10μm以上形成。

在本发明中，其特征在于，上述凹坑的深度为50～100μm。

在本发明中，其特征在于，上述凹坑不向上述第1流体流路及第2流体流路露出地形成。

本发明是一种燃料电池，其特征在于，包含：

在一方及另一方的主面上分别具有第1及第2电极的电解质部件，和

上述的燃料电池用容器；

在上述燃料电池用容器的凹部收容上述电解质部件，以在上述一方的主面和上述第1流体流路之间、以及上述另一方的主面和上述第2流体流路之间，各自的流体可以交换的方式，配置上述电解质部件的上述一方及另一方的主面，并且将上述第1电极电连接在上述第1配线导体上，将上述第2电极电连接在上述第2配线导体上，以覆盖所述凹部的开口的方式在上述基体的一方的面上安装上述盖体。

本发明是一种电子设备，其特征在于，将上述的燃料电池用作电源。

根据本发明，燃料电池用容器具备在一方的面侧具有收容电解质部件的凹部的由陶瓷形成的基体、和在该基体的凹部的周围的上面覆盖凹部而安装的气密密封凹部的盖体，其中电解质部件在一方及另一方的主面上分别具有第1及第2电极。因此，通过气密密封燃料电池用容器内，没有气体等流体的泄漏，在该容器之外不需要设置外壳(package)等容器，所以能够得到可以高效动作的燃料电池，并且对于小型化也很有效。而且，由于在由上面具有凹部的由陶瓷形成的基体、和密封该凹部的盖体形成的箱体内收容电解质部件而构成燃料电池，所以电解质部件不会向容器的外面露出而受到损伤，可以提高燃料电池整体的机械可靠性。而且，由于除一端设置在由凹部和盖体构成的容器内部的第1及第2配线导体之外，不对电解质部件自身进行无用的电接触即可，所以能够得到可靠性和安全性高的燃料电池。并且，通过使用陶瓷作为燃料电池用容器的构成材料，能够得到对于以各种气体为首的流体的耐蚀性良好的燃料电池。

而且，燃料电池用容器具备从与电解质部件的一方的主面对向的凹部的底面到基体的外面形成的第1流体流路、和从与电解质部件的另一方的主面对向的盖体的下面到盖体的外面形成的第2流体流路，因此，多个流体流路分别在与电解质部件对向的内壁面上设置，所以能够提高向电解质部件供给的流体的均一供给性。根据这种流体流路，由于流体相对于电解质部件垂直流动，所以例如在流体为氢气和空气(氧)的情况下，具有电解质部件向分别位于一方的主面及另一方的主面的第1及第2电极供给的各气体分压不会下降，从而能够得到规定的稳定的输出电压的效果。并且，由于供给的流体的压力、例如气体分压稳定，所以燃料电池用容器的内部温度的分布均一，其结果，能够抑制电解质部件上产生的热应力，能够提高燃料电池的可靠性。并且，各流体流路在基体和盖体上构成。因此，各流路的密闭性良好，不会出现本来应在流路中隔绝的2种原料流体(例如氧气和氢气或者甲醇)混合，从而导致无法实现燃料电池的功能的情况，而且，因为也没有可燃性的流体在高温下混合后而引起起火、***的危险，所以能够提供安全的燃料电池。

而且，在本发明中，在第1电极和基体的接触部或者第2电极和盖体的接触部中的至少一方形成有凹坑，所以电解质部件的第2电极和第1配线导体的接触面积、或者第2电极和第2配线导体的接触面积增加。由此，而具有如下的作用效果，即，作为用于将电解质部件所发生的电流向燃料电池用容器的外部取出的导电路而发挥作用的第1配线导体或者第2配线导体的电阻降低，发电效率提高。

而且，本发明的燃料电池容器，最好在第1流体流路及第2流体流路中的至少一方的内壁上包覆着吸湿材料。因此，可以利用吸湿材料吸收在电解质部件上由电化学反应而生成的水蒸气和水等，能够有效地防止空气的流路的堵塞，有效地从大气中供给作为氧化剂气体的空气。所以，具有能够促进电化学反应，可以高效地进行发电的作用效果。

根据本发明，燃料电池在上述燃料电池用容器的凹部收容上述电解质部件，以在一方的主面和上述第1流体流路之间、以及另一方的主面和第2流体流路之间，各自的流体可以交换的方式，配置该电解质部件的一方及另一方的主面，并且将第1电极电连接在第1配线导体上，将第2电极电连接在第2配线导体上，在基体的凹部的周围的一方的面上覆盖凹部而安装上述盖体。因此，能够提供具有上述的本发明的燃料电池用容器的特长的、小型、坚固、且能够实现气体的均匀供给、燃料电池用容器内的温度梯度的均一化、高效的电连接的、具有可靠性的燃料电池。

因此，根据本发明的燃料电池用容器及燃料电池，能够提供紧凑性、简便性以及安全性良好，可以实现流体的均匀供给以及高效的电连接，从而可以长期稳定地动作的燃料电池。

根据本发明，通过将本发明的燃料电池用作电子设备的电源，可以实现紧凑性、简便性以及安全性良好，可以实现流体的均匀供给以及高效的电连接，所以能够使电子设备小型、低尺寸，且长期稳定的动作，并且能够使之成为安全、方便的设备。

附图说明

图1是表示本发明的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池的一实施方式的剖视图。

图2是图1的燃料电池用容器的主要部分放大图。

图3是表示本发明的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池的另一

实施方式的剖视图。

图4是表示本发明的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池的又一

实施方式的剖视图。

图5是表示以前的燃料电池的构成的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的燃料电池用容器及燃料电池进行详细说明。图1是表示使用本发明的燃料电池用容器的燃料电池的实施方式的一例的剖视图，图2是图1的主要部分放大图。在这些图中，1为燃料电池，2为燃料电池用容器，3为电解质部件，4为第1电极，5为第2电极，6为基体，7为盖体，8为第1流体流路，9为第2流体流路，10为第1配线导体，11为第2配线导体，12为凹坑。

并且，图1表示在第2电极5和盖体7的各接触部分别形成1个凹坑12的燃料电池，图2表示在第2电极5和盖体7的各接触部分别形成3个凹坑12的燃料电池。

电解质部件3在例如离子导电膜(交换膜)的两主面上，分别一体形成作为阳极侧电极的燃料极(未图示)、和作为阴极侧电极的空气极(未图示)。在电解质部件3的一主面、即下侧主面上形成第1电极4。在电解质部件3的另一主面、即上侧主面上形成第2电极5。而且，可以使由电解质部件3发电的电流流向第1电极、第2电极，并向外部取出。

这种电解质部件3的离子导电膜(交换膜)，由全氟烃磺酸树脂、例如“ナフイオン”(商品名，杜邦公司制)等质子传导性的离子交换树脂构成。而且，燃料极和空气极为多孔性状态的气体扩散电极，兼具多孔性催化剂层和气体扩散层的两方的功能。这些燃料极和空气极由利用聚四氟乙烯类的疏水性树脂结合剂保持着承载有铂、钯或者其合金等的催化剂的导电性微粒、例如碳微粒的多孔体构成。

电解质部件3的下侧主面的第1电极4和上侧主面的第2电极5，通过将附着有铂或铂-钌等催化剂微粒的碳精电极热压在电解质部件3上的方法，或者将附着有铂或铂-钌等催化剂微粒的碳精电极材料和分散有电解质材料的溶液的混合物涂布或者复制在电解质部件3上的方法等形成。

燃料电池用容器2由具有凹部的基体6和盖体7构成。燃料电池用容器2具有将电解质部件3搭载在凹部的内部并气密密封的功能，由氧化铝(Al₂O₃)质烧结体、莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)质烧结体、碳化硅(SiC)质烧结体、氮化铝(AlN)质烧结体、氮化硅(Si₃N₄)质烧结体、玻璃陶瓷烧结体等陶瓷材料形成。

此外，玻璃陶瓷烧结体由玻璃成分和填料成分构成，作为玻璃成分，可以举出例如SiO₂-B₂O₃系、SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃系、SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-MO系(M表示Ca、Sr、Mg、Ba或者Zn)、SiO₂-Al₂O₃-M¹O-M²O系(M¹和M²相同或者不同，表示Ca、Sr、Mg、Ba或者Zn)、SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-M¹O-M²O系(M¹和M²与上述相同)、SiO₂-B₂O₃-M³ ₂O系(M³表示Li、Na或者K)、SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-M³ ₂O系(M³与上述相同)、Pb系玻璃、Bi系玻璃等。

而且，作为填料成分，可以举出例如Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂和碱土类金属氧化物的复合氧化物、TiO₂和碱土类金属氧化物的复合氧化物、包含从Al₂O₃和SiO₂中选出的至少一种的复合氧化物(例如尖晶石、莫来石、堇青石)等。

燃料电池用容器2由具有凹部的基体6和盖体7构成，通过在基体6的凹部的周围覆盖凹部安装盖体7而气密密封凹部。因此，通过利用焊锡或银焊料等金属接合材料进行接合、利用环氧树脂等树脂材料进行接合、在凹部的周围的上面接合由铁合金等制成的密封件等并利用缝焊或电子束或激光等焊接的方法等，将盖体7安装在基体6上。此外，也可以在盖体7上形成与基体6同样的凹部。

基体6和盖体7为了分别减小厚度，实现燃料电池1的低尺寸化，最好机械强度即弯曲强度为200Mpa以上。

基体6和盖体7最好用由例如相对密度为90％以上的致密物质构成的氧化铝质烧结体形成。这时，例如，首先在氧化铝粉末中添加并混合稀土类氧化物粉末和烧结助剂，调整氧化铝质烧结体的原料粉末。然后，在该氧化铝质烧结体的原料粉末中添加、混合有机粘结剂以及分散剂并使之糊状化，利用刮刀法从该糊剂制作规定厚度的陶瓷生片，或者在原料粉末中加入有机粘结剂，利用压力成型、轧制成型等制作规定厚度的陶瓷生片(以下也称为生片)。然后，利用基于金属模的冲孔法、基于微型打孔的穿孔法、基于激光照射的穿孔法等，在该生片上形成作为第1流体流路8和第2流路9的贯通孔、以及用于配置第1配线导体10和第2配线导体11的贯通孔。

第1配线导体10和第2配线导体11，为了防止氧化，最好由钨以及/或者钼形成。这时，例如作为无机成分，相对于100质量份的钨以及/或者钼粉末，以3～20质量份的比例添加Al₂O₃，以0.5～5质量份的比例添加Nb₂O₅，调制导体糊剂。将该导体糊剂填充在生片的贯通孔内，形成作为贯通导体的通路导体(via conductor)。

为了提高与基体6和盖体7的陶瓷的密合性，也可以在这些导体糊剂中以例如0.05～2体积％的比例添加氧化铝粉末、或与形成基体6和盖体7的陶瓷成分相同的组合物粉末。

并且，基体6和盖体7的表层以及内层的第1配线导体10和第2配线导体11的形成如下所述。在向贯通孔中填充导体糊剂以形成通路导体(via conductor)前后或者与其同时，以丝网印刷、照像凹版印刷等方法、以规定的图案将同样的导体糊剂印刷涂布在生片上而形成。

然后，将印刷填充有导体糊剂的规定张数的薄片状成型体对准位置并叠层压接后，在例如非氧化性气氛中以烧结最高温度为1200～1500℃的温度对该生片叠层体进行烧结。由此得到所希望的陶瓷的基体6和盖体7以及第1配线导体10、第2配线导体11。

而且，由陶瓷构成的基体6和盖体7，最好使其厚度为0.2mm以上。若厚度低于0.2mm，由于强度容易降低，所以有由于安装基体6和盖体7时产生的应力而使基体6以及盖体7容易产生裂纹的倾向。另一方面，如果厚度超过5mm，在薄型化、低尺寸化困难，所以不适于作为搭载在小型便携设备上的燃料电池，而且由于热容量增大，所以具有难于迅速设定与电解质部件3的电化学反应条件相当的适当的温度的倾向。

第1配线导体10和第2配线导体11分别电连接在电解质部件3的第1电极4和第2电极5上，作为将由电解质部件3发生的电流向燃料电池用容器2的外部取出的导电路而发挥作用。

第1配线导体10的一端设置在基体6的凹部的底面的与电解质部件3的第1电极4对向的部位，另一端导出到基体6的外面而形成。该第1配线导体10最好如上所述与基体6一体形成，为使第1配线导体10容易和第1电极4接触，而最好从基体6的凹部的底面突出10μm以上形成。为了得到该突出高度，在如上所述印刷涂布导体糊剂而形成配线导体时，设定印刷条件使之加厚即可。而且，第1配线导体10与第1电极4对向并多个配置，减少由第1配线导体10引起的电损失为好，第1配线导体10的基体6的贯通部最好为50μm以上的直径。

而且，第2配线导体11的一端设置在作为盖体7的一个面的下面的与电解质部件3的第2电极5对向的部位，另一端导出到盖体7的外面而形成。该第2配线导体11也与第1配线导体10同样地，与盖体7一体形成，为使第2配线导体11容易和第2电极5接触，而最好从盖体7的底面突出10μm以上形成。为了得到该突出高度，在如上所述印刷涂布导体糊剂而形成配线导体时，设定印刷条件使之加厚即可。而且，希望第2配线导体11与第2电极5对向并多个配置，减少由第2配线导体11引起的电损失，第2配线导体11的盖体7的贯通部最好为50μm以上的直径。

在这些第1配线导体10和第2配线导体11上，在其露出的表面上利用镀膜法预先包覆由镍构成的良导电性、且耐蚀性和与焊料的浸润性良好的金属为好。由此，能够使第1配线导体10和第2配线导体11、与第1配线导体10和第2配线导体11以及外部电路的电连接良好。

而且，第1配线导体10和第1电极4的电连接、以及第2配线导体11和第2电极5的电连接，可以利用如下的手段进行，即，通过利用基体6和盖体7夹持电解质部件3，将第1配线导体10和第1电极4、以及第2配线导体11和第2电极5分别压接接触而电连接。

而且，从与第1电极4对向的基体6的凹部的底面到基体6的外面，形成第1流体流路8。从与第2电极5对向的盖体7的下面到盖体7的外面，形成第2流体流路9。该第1流体流路8和第2流体流路9，分别作为通过在基体6和盖体7上形成的贯通孔或者槽，向电解质部件3供给富含氢的改性气体等燃料气体、和空气等氧化剂气体的流体的通路，或者反应所生成的水等在反应后从电解质部件3排出的流体的流路而设置。

作为第1流体流路8和第2流体流路9而在基体6和盖体7上形成的贯通孔或者槽，可以根据燃料电池1的规格确定贯通孔的直径和数量、或者槽的宽度、深度、配置，以向电解质部件3均匀地供给燃料气体和氧化剂气体等流体。

在本发明的燃料电池用容器2和燃料电池1中，第1流体流路8和第2流体流路9，为了以均匀的压力向电解质部件3供给流体，优选为直径0.1mm以上的孔径，并以一定间隔配置。

通过这样与形成有电解质部件3的第1电极4的下侧主面对向形成第1流体流路8，与形成有第2电极5的上侧主面对向形成第2流体流路9，流体可以在电解质部件3的下侧主面和第1流体流路8之间、以及上侧主面和第2流体流路9之间交换，该流体可以通过各流路供给或者排出。而且，例如在作为流体而供给气体的情况下，能够消除分别向电解质部件3的第1电极4和第2电极5供给的气体分压的降低，能够得到规定的稳定的输出电压。并且，由于供给的气体分压稳定，所以燃料电池1的内部压力均一，其结果，能够抑制在电解质部件3上产生的热应力，所以可以提高燃料电池1的可靠性。

而且，在本发明中，在第1电极4和基体6的接触部、或者第2电极5和盖体7的接触部的至少一方上形成凹坑12。因此，电解质部件3的第1电极4和第1配线导体10的接触面积、或者第2电极5和第2配线导体¨的接触面积增加。由此而具有如下的作用效果，即，作为用于将电解质部件3所发生的电流向燃料电池用容器的外部取出的导电路而发挥作用的第1配线导体10或者第2配线导体11的电阻降低，发电效率提高。

该凹坑12的深度最好为50～100μm左右。由此，第1电极4和第2电极5由厚度100～200μm左右的碳精电极构成，所以在第1电极4或者第2电极5的表面，能够使基体6或者盖体7有效地接触。

并且，最好使基体6或者盖体7的接触部处的第1电极4或者第2电极5的形状为网格状，或使构成凹坑12的第1电极4或者第2电极5的凹部或者凸部的形状均匀地配置等，从而均匀地排列凹坑12，这样在基体6或者盖体7与第1电极4或者第2电极5接触时，能够防止负载在基体6或盖体7上局部集中，基体6或盖体7受到破坏。

而且，如果凹坑12从第1流体流路8、第2流体流路9露出，则压力损失会增加，所以最好不使第1流体流路8、第2流体流路9露出而仅在第1电极4和基体6的接触部或者第2电极5和盖体7的接触部形成。

而且，在本发明中，最好在第1流体流路8和第2流体流路9的至少一方的内壁上包覆吸湿材料。由此，可以利用该吸湿材料吸收除去在电解质部件3上由电化学反应而生成的水蒸气和水等，所以能够有效地防止构成空气的流路的第1流体流路8和第2流体流路9的堵塞。因此，能够有效地防止第1电极4和第2电极5的表面被水(H₂O)覆盖，能够通过第1流体流路8和第2流体流路9有效地从大气中供给作为氧化剂气体的空气。所以，能够促进电解质部件3处的电化学反应，可以高效地进行发电。

作为上述吸湿材料，可以采用硅胶、矾土、高岭土、活性碳、纸、木粉等容易吸水(H₂O)的材料，尤其是硅胶、矾土、高岭土等无机粉末，可以利用粉碎等调整粉末的大小，从而容易地调整水(H₂O)的吸收面积，所以在容易得到所希望的吸湿特性方面较为理想。

在使吸湿材料包覆在第1流体流路8和第2流体流路9的内壁上的情况下，在确保通过第1流体流路8和第2流体流路9从大气中流入的作为氧化剂气体的空气的均一性的基础上，可以在全部第1流体流路8和第2流体流路9上包覆吸湿材料。而且，由于在供给作为氧化剂气体的空气时需要减小压力损失的影响，所以吸湿材料的厚度最好为使其面积相对于第1流体流路8和第2流体流路9的横截面的开口面积为10％以下。

并且，为了利用空气的流动促进水分从吸湿材料蒸发，也最好在第1流体流路8和第2流体流路9的内壁整体上包覆吸湿材料。由此，在将本发明的燃料电池用容器2和燃料电池1在例如便携用直接型甲醇燃料电池(DMFC)等小型的装置中使用时，例如可以用10ml甲醇实现数十小时的运转，并且作为此时的水(H₂O)的生成量，相对于1g甲醇的消耗，仅为1ml的微量。因此，吸湿材料吸收的水(H₂O)为可以通过利用风扇进行的送风充分蒸发的量，不会对连续运转造成妨碍。

根据以上的构成，可以得到图1所示的那样的可收容电解质部件3的、小型且坚固的燃料电池用容器2，可以得到能够高效控制的本发明的燃料电池1。

而且，通过将本发明的燃料电池1用作电子设备的电源，紧凑性、简便性以及安全性良好，可以实现流体的均匀供给以及高效的电连接，所以能够使电子设备小型、低尺寸，且长期稳定的动作，并且能够使之成为安全、方便的设备。

例如，作为将本发明的燃料电池1用作电源的装置，具体有移动电话、PDA(Personal Digital Assistants)、数字照相机和摄像机、游戏机等玩具等便携型电子设备、以及、笔记本型PC(个人计算机)及便携式打印机、传真机、电视、通信设备、音像设备、电风扇等各种家电产品、电动工具等电子设备。

近年来，这些电子设备，逐渐在使用附加有利用液晶显示装置等进行动画显示的功能的产品。因为这种动画显示的电源的消耗非常大，所以使用以前的蓄电池的电子设备经过短时间就无法动作，而本发明的电子设备搭载着能够供给非常长时间的电源的燃料电池，即使进行动画显示也可以进行长时间的动作。

例如在移动电话的情况下，由中央处理装置(CPU)、控制部、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、将使用者操作的数据向CPU输入的输入部、天线、将由天线接收到的信号解调并向控制部供给、并且将从控制部供给的信号调制并从天线发送的无线部、基于来自控制部的鸣动信号鸣音的扬声器、根据控制部的控制点亮、熄灭或者闪烁的发光二极管(LED)、根据来自控制部的信号进行信息的显示的显示部、根据来自控制部的驱动信号振动的振动器、将使用者的声音转换成声音信号并向控制部传递、将来自控制部的声音信号转换成声音并输出的送受话部、和向各部分供给电源的电源部构成，通过在其电源部中装入本发明的燃料电池，因为燃料电池的紧凑性、简便性以及安全性良好，可以实现染料的均匀供给以及高效的电连接，因而可以实现长时间的电源供给，所以能够实现移动电话的小型、低尺寸和轻型化。

而且，考虑到近来的移动电话在小型化、低尺寸化方面很充分，可以在由使燃料电池小型、低尺寸化而生成的空间中，新装入例如具有照相机或摄像机等电话功能以外的功能的电子零件，能够实现进一步的多功能化。

而且，也可以不新装入电子零件，而设置冲击吸收材料或防止部件等，以保护主要的电路。这时，可以得到由于落下等而对移动电话本体施加冲击时的耐冲击性、在雨中使用等时的防水性等比以往更坚固的构造。

而且，由于可以减小移动电话本体内部的电路部，所以可以减少对移动电话本体的外形的限制，例如可以将移动电话形成为老人和儿童容易握持的形状等外观设计良好的外观形状。

而且，在将电源部的构造如上所述形成为燃料电池装卸自如的构造的情况下，如果准备好备用的燃料电池，则在发生电源消耗完毕等情况时，可以容易地更换备用的燃料电池、或者将燃料电池取出，进行燃料的补给或更换，所以能够继续进行通话等，与以前的将蓄电池用作电源的移动电话相比，便利性良好。

而且，更换过的(已使用完的)燃料电池可以通过补给燃料而立即再次使用，与充电相比，使用方便，而且还可以有效地利用资源。而且，具有在由于自然灾害等而长期停电等紧急情况下或室外也可以使用的优点。

而且，在笔记本型PC(个人计算机)的情况下，由如下的基本构成形成，即具有收容有个人计算机本体、和用于向个人计算机本体输入规定的数据的键盘的第1壳体，以及收容有用于显示利用键盘输入的数据或者由个人计算机本体处理过的数据的显示器的第2壳体，第2壳体可开闭地安装在第1壳体上，并且在第1壳体中构成向各部供给电源的电源部。在其电源部装入燃料电池。这时，与上述的移动电话同样，装入本发明的电子设备中的燃料电池，其紧凑性、简便性以及安全性良好，可以实现燃料的均匀供给以及高效的电连接，因而可以实现长时间的电源供给。所以可以构成能够实现笔记本型PC(个人计算机)本体的小型、低尺寸、轻型化和多功能化，并且可以与显示器的大型化和高清晰度化相对应，稳定、长期地供给大电流，使显示器容易观看，并且携带时的重量和容积方面的负担也少的方便的笔记本型PC(个人计算机)。

而且，在使电源部的构造为燃料电池可装卸自如的构造的情况下，如果准备好备用的本发明的燃料电池，则在室外或客机等移动体内等仅使用2次电池的状况下，具有与以前相比能够飞跃性地长时间供给电源的优点。而且，在这样在公共场所使用的情况下，也具有很好的安全性，所以可以不受限制地使用，极其方便。

此外，本发明不局限于以上的实施例，在不脱离本发明的思想的范围内，可以进行各种变更。例如，关于第1流体流路和第2流体流路，为了使燃料电池整体薄型化，可以设置从基体或者盖体的侧面流入的流入口。由此，尤其在用于便携电子设备而实现小型化方面很有效。并且，关于第1和第2配线导体，也可以将导出到基体和盖体的外面的另一端分别向同一侧的侧面引出设置。这样，能够在燃料电池的一方的侧面上集中配置配线和流路等，容易实现小型化以及保护向外部的接合部，可以实现可靠性高的设计，并且可以实现长时间稳定的动作。

而且，也可以在基体的凹部的内部收容多个电解质部件，并利用第1和第2配线导体将其电连接，从而作为整体而得到高电压或者大电流的输出。

图3是表示本发明的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池的另一实施方式的剖视图。在燃料电池用容器2′中，在具有凹部的基体6′的凹部收容电解质部件3。在基体6′上，形成第1流体流路8′。第1流体流路8′包含：在凹部的底面与电解质部件3的下侧主面对向地、等间隔地形成有相同长度、相同宽度的槽状的多个开口的开口部13a、分别连结多个开口之间的连结部14a、从连结部14a到基体6′的外面形成的导入部15a、和排出部(未图示)。在盖体7′上形成第2流体流路9′。第2流体流路9′包含：在盖体7′的下面与电解质部件3的上侧主面对向地、等间隔地形成有相同长度、相同宽度的槽状的多个开口的开口部13b、分别连结多个开口之间的连结部14b、从连结部14b到盖体7′的外面形成的导入部15b、和排出部(未图示)。第1电极4及第2电极5也可以与第1配线导体10′及第2配线导体11′分别电连接。

由此，通过流体的导入部15a、15b和连结部14a、14b，可以容易地向多个以槽状形成的开口部13a、13b供给流体，因为开口部13a、13b处的多个槽状的开口以相同长度、相同宽度、且等间隔地形成，所以即使在流体的流入速度快的情况下，也可以缩短从导入部15a、15b到排出部的距离，减小流路阻力。其结果，能够提高向电解质部件3供给的流体的均一供给性，在从大气中作为氧化剂气体而供给的空气进出时，可以连续地干燥除去由化学反应所生成的水(H₂O)。

并且，由于能够利用第1配线导体10′及第2配线导体11′三维自由配线，所以可以任意地串联连接或者并联连接多个电解质部件3。其结果，可以高效地调整整体的输出电压和输出电流，所以可以得到能够将由电解质部件3电化学生成的电良好地取出到外部的燃料电池用容器2′以及燃料电池1′。

图4是表示本发明的燃料电池用容器及使用该容器的燃料电池的又一实施方式的剖视图。在燃料电池用容器2″中，在具有多个凹部的基体6″的各凹部收容电解质部件3。在基体6″上，在邻接的凹部的端部之间设置着第3配线导体16。第3配线导体16可以电连接多个电解质部件3的第1电极4相互之间，并分别电连接第1配线导体10″及第2配线导体11″，以从配置在处于两端的位置的电解质部件3取出整体的输出。这时，多个电解质部件3并联连接。

也可以代替这种结构，使第3配线导体16电连接一方的电解质部件3的第1电极4和另一方的电解质部件3的第2电极5之间，并分别电连接第1配线导体10″及第2配线导体11″，以从配置在处于两端的位置的电解质部件3取出整体的输出。这时，多个电解质部件3串连连接。

由此，由于能够利用第1～第3配线导体10″、11″、16三维自由配线，所以可以任意地串联连接或者并联连接多个电解质部件3。其结果，可以高效地调整整体的输出电压和输出电流，所以可以得到能够将由电解质部件3电化学生成的电良好地取出到外部的燃料电池用容器2″以及燃料电池1″。

Claims (11)

1.一种燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，包含：

在一方的面上具有收容电解质部件(3)的凹部的由陶瓷形成的基体(6、6′、6″)，其中电解质部件(3)在一方及另一方的主面上分别具有第1及第2电极(4、5)，

从与所述电解质部件(3)的所述一方的主面对向的所述凹部的底面到所述基体(6、6′、6″)的外面形成的第1流体流路(8、8′、8″)，

一端与所述第1流体流路(8、8′、8″)错开地设置在与所述电解质部件(3)的所述第1电极(4)对向的所述凹部的底面、另一端导出到所述基体(6、6′、6″)的外面的第1配线导体(10、10′、10″)，

以覆盖所述凹部的开口的方式安装在所述基体(6、6′、6″)的一面上的、气密密封所述凹部并且由陶瓷形成的盖体(7、7′、7″)，

从与所述电解质部件(3)的所述另一方的主面对向的所述盖体(7、7′、7″)的一方的面到所述盖体(7、7′、7″)的外面形成的第2流体流路(9、9′、9″)，和

一端与所述第2流体流路(9、9′、9″)错开地设置在与所述电解质部件(3)的所述第2电极(5)对向的所述盖体(7、7′、7″)的一方的面、另一端导出到所述盖体(7、7′、7″)的外面的第2配线导体(11、11′、11″)；

在所述第1电极(4)和所述第2电极(5)中的至少一方表面形成有凹坑(12、12′、12″)，所述凹坑(12、12′、12″)是通过与所述第1配线导体(10、10′、10″)和/或所述第2配线导体(11、11′、11″)配合而使其与对应的配线导体之间的接触面积增大的凹坑。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，在所述第1流体流路(8、8′、8″)及所述第2流体流路(9、9′、9″)中的至少一方的内壁上包覆有吸湿材料。

3.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述基体(6、6′、6″)及盖体(7、7′、7″)的弯曲强度为200MPa以上。

4.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述基体(6、6′、6″)及盖体(7、7′、7″)由相对密度90％以上的氧化铝质烧结体形成。

5.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述基体(6、6′、6″)及盖体(7、7′、7″)的厚度为0.2～5mm。

6.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述第1配线导体(10、10′、10″)从所述基体(6、6′、6″)的凹部的底面突出10μm以上形成。

7.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述第2配线导体(11、11′、11″)从所述盖体(7、7′、7″)的一方的面突出10μm以上形成。

8.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述凹坑(12、12′、12″)的深度为50～100μm。

9.根据权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，其特征在于，所述凹坑(12、12′、12″)不向所述第1流体流路(8、8′、8″)及第2流体流路(9、9′、9″)露出地形成。

10.一种燃料电池(1、1′、1″)，其特征在于，

包含在一方及另一方的主面上分别具有第1及第2电极(4、5)的电解质部件(3)以及权利要求1所述的燃料电池用容器(2、2′、2″)，

在所述燃料电池用容器(2、2′、2″)的凹部***述电解质部件(3)，以在所述一方的主面和所述第1流体流路(8、8′、8″)之间、以及所述另一方的主面和所述第2流体流路(9、9′、9″)之间，各自的流体可以交换的方式，配置所述电解质部件(3)的所述一方及另一方的主面，并且将所述第1电极(4)电连接在所述第1配线导体(10、10′、10″)上，将所述第2电极(5)电连接在所述第2配线导体(11、11′、11″)上，以覆盖所述凹部的开口的方式在所述基体(6、6′、6″)的一面上安装所述盖体(7、7′、7″)。

11.一种电子设备，其特征在于，将权利要求10所述的燃料电池(1、1′、1″)用作电源。

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