JP2006269130A

JP2006269130A - Fuel cell for portable equipment, and cartridge

Info

Publication number: JP2006269130A
Application number: JP2005082554A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kobayashi; 一雄小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell for a portable equipment in which superior battery characteristics can be obtained, without impairing the portability. SOLUTION: In the fuel cell for a portable equipment which is provided with a solid electrolyte film 11; an anode having a catalyst layer 12 to oxidize a liquid fuel and a gas diffusion layer 14 installed facing, pinching the solid electrolyte film; and a cathode having a catalyst layer 13 for reducing oxygen and the gas diffusion layer 15 as unit cells, and in which the unit cell is arranged in protective covers 20A, 20B singularly or plurally in the face direction, it has a water suction port 22 which opens at the cathode side protective cover 20A and which communicates with a gap that surrounds the solid electrolyte film 11. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高濃度燃料を使用し、高温・乾燥状態で休止した後にも、常に良好な特性を示す携帯機器の動作に有効な平面形状の携帯機器用燃料電池、およびその燃料電池に液体燃料および水を補給するためのカートリッジに関する。 The present invention relates to a fuel cell for a mobile device having a planar shape that is effective for the operation of a mobile device that always shows good characteristics even after using a high-concentration fuel and resting in a high temperature / dry state, and a liquid fuel for the fuel cell. And a cartridge for replenishing water.

燃料電池は，電池反応による生成物が原理的に水であり，地球環境への悪影響がほとんど無いクリーンな発電システムとして注目されている。 The fuel cell is attracting attention as a clean power generation system in which the product of the cell reaction is water in principle and has almost no adverse effect on the global environment.

特に固体電解質膜を有し、液体燃料を使用する直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、携帯情報機器に最適な燃料電池として、その実用化が期待されている。 In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) having a solid electrolyte membrane and using liquid fuel is expected to be put to practical use as a fuel cell optimal for portable information devices.

特に、（１）高いイオン導電性を有する固体電解質膜が開発されたこと、（２）固体電解質膜と同種あるいは異種のイオン交換樹脂で被覆した触媒担持カーボン微粒子を電極の触媒層の構成材料として使用し、触媒層内の反応サイトの３次元化が図られたこと、等によって発電特性が大きく向上した。 In particular, (1) the development of a solid electrolyte membrane having high ionic conductivity, and (2) the catalyst-supporting carbon fine particles coated with the same or different ion exchange resin as the solid electrolyte membrane as a constituent material of the electrode catalyst layer. As a result, the power generation characteristics were greatly improved due to the use of three-dimensional reaction sites in the catalyst layer.

例えば特許文献１に記載された固体電解質燃料電池は、プロトン導電性を有する固体電解質膜と、上記イオン交換樹脂で被覆された触媒担持カーボン微粒子を有する触媒層と、触媒層に反応燃料を供給するとともに電荷を集電するガス拡散層とからなり燃料と水から電荷とプロトンを生成するアノードと、上記イオン交換樹脂で被覆された触媒担持カーボン微粒子を有する触媒層と、触媒層に酸素を供給するとともに電荷を伝導するガス拡散層からなりプロトンと酸素から水を生成するカソードとから形成されるＭＥＡ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）を構成の単位セルとして有し、周辺に液体燃料タンクを備え、単数または複数の単位セルを保護カバーで覆っている。触媒層内にはカーボン微粒子の二次粒子間または三次粒子間に形成される微小な細孔からなる空隙部が存在し、反応ガスの拡散経路として機能している。固体電解質膜は、十分な水が存在して初めてプロトンの高い導電性を示す性質を持つ。
特許第３４１３１１１号公報 For example, a solid electrolyte fuel cell described in Patent Document 1 supplies a solid electrolyte membrane having proton conductivity, a catalyst layer having catalyst-supported carbon fine particles coated with the ion exchange resin, and a reaction fuel to the catalyst layer. And a gas diffusion layer for collecting electric charges, an anode for generating electric charges and protons from fuel and water, a catalyst layer having catalyst-supported carbon fine particles coated with the ion exchange resin, and supplying oxygen to the catalyst layer And a MEA (Membrane Electrode Assembly) formed of a gas diffusion layer that conducts charges and a cathode that generates water from protons and oxygen as a constituent unit cell, and includes a liquid fuel tank in the periphery, with one or more The unit cell is covered with a protective cover. In the catalyst layer, there are voids composed of fine pores formed between the secondary particles or the tertiary particles of the carbon fine particles, and function as a reaction gas diffusion path. The solid electrolyte membrane has the property of exhibiting high proton conductivity only when sufficient water is present.
Japanese Patent No. 3413111

しかし、従来の固体電解質燃料電池においては、固体電解質膜および触媒層中のイオン交換樹脂が乾燥した状態ではイオン伝導度が低下し、発電電圧が低下してエネルギー効率が低下するため、発電停止後に高温低湿度下で放置された後に、再度良好な発電特性を得るために，水を多量に含む低濃度の燃料を使用するか、高濃度の燃料を使用する場合は、系を開放とせずに水の蒸散を防ぎ、燃料ポンプ、送気ポンプ、燃料濃度センサー等の補助機構を使い、燃料を低濃度処理して供給する必要があった。 However, in the conventional solid electrolyte fuel cell, the ion conductivity decreases when the ion exchange resin in the solid electrolyte membrane and the catalyst layer is dry, and the power generation voltage decreases and the energy efficiency decreases. To obtain good power generation characteristics after being left under high temperature and low humidity, use low concentration fuel containing a large amount of water or use high concentration fuel without opening the system. It was necessary to prevent the water from evaporating and to supply the fuel with a low concentration using an auxiliary mechanism such as a fuel pump, an air supply pump, and a fuel concentration sensor.

このため、低濃度の燃料を使用する場合は、燃料カートリッジが大型化することから携帯性が損なわれる。一方、高濃度の燃料を使用する場合は、燃料電池本体が補助機構のために大型化して携帯性が損なわれ、補助機構の稼働にエネルギーを必要とするため、十分な特性を得られないという問題がある。 For this reason, when a low concentration fuel is used, the portability is impaired because the fuel cartridge is enlarged. On the other hand, when high-concentration fuel is used, the fuel cell main body is enlarged due to the auxiliary mechanism and portability is impaired, and energy is required to operate the auxiliary mechanism, so that sufficient characteristics cannot be obtained. There's a problem.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、携帯性を損なうことなく良好な電池特性が得られる携帯機器用燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell for portable equipment that can obtain good battery characteristics without impairing portability.

を提供することを目的とする。 The purpose is to provide.

上記の課題を解決するために、本発明に係る携帯機器用燃料電池は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜を挟んで対向して設けられた液体燃料を酸化する触媒層およびガス拡散層を有するアノードと、酸素を還元する触媒層およびガス拡散層を有するカソードとを単位セルとして備え、保護カバー内に前記単位セルを単数または面方向に複数配置してなる携帯機器用燃料電池において、カソード側の前記保護カバーに開口し、かつ前記固体電解質膜の周囲の間隙に連通する吸水口を有する。 In order to solve the above problems, a fuel cell for a portable device according to the present invention includes a solid electrolyte membrane, a catalyst layer and a gas diffusion layer that oxidize liquid fuel provided to face each other across the solid electrolyte membrane. A fuel cell for a portable device, comprising: an anode having an anode; and a cathode having a catalyst layer for reducing oxygen and a gas diffusion layer as a unit cell, wherein the unit cell is disposed in a protective cover by a single unit or in a plane direction. A water inlet opening in the protective cover on the side and communicating with a gap around the solid electrolyte membrane.

吸水口は、蓋およびフィルタ等を取り付けた水密構造とすることが好ましい。内部の水が漏れ出さないようにするとともに、外部からの異物の侵入を防止する必要があるからである。蓋は、水供給用ノズルが吸水口に差し込まれるとばね力に抗して開き、ノズルが吸水口から引き抜かれるとばね力で閉じる接触開閉方式のシャッタ構造とすることができる。 It is preferable that the water inlet has a watertight structure with a lid, a filter, and the like attached. This is because it is necessary to prevent internal water from leaking out and to prevent entry of foreign matter from the outside. The lid may be a contact opening / closing type shutter structure that opens against a spring force when the water supply nozzle is inserted into the water suction port and closes with a spring force when the nozzle is pulled out from the water suction port.

さらに、単位セルに液体燃料を供給するための燃料貯蔵室と、この燃料貯蔵室に連通する燃料供給口と、前記吸水口が連通する水貯蔵室と、を具備し、燃料供給口および吸水口は、液体燃料及び水を供給するための共用のカートリッジの各ノズルの形状にそれぞれ適合するように形成されていることが好ましい。 And a fuel storage chamber for supplying liquid fuel to the unit cell, a fuel supply port communicating with the fuel storage chamber, and a water storage chamber communicating with the water suction port. Is preferably formed so as to conform to the shape of each nozzle of a common cartridge for supplying liquid fuel and water.

燃料電池に燃料を供給するカートリッジは、隔壁により内部が燃料貯蔵室と水貯蔵室とに仕切られ、燃料電池の特性を阻害する陽イオン等の不純物を含有しない水（例えば半導体製造分野で使用される純水）を液体燃料に比べて少量だけ貯蔵している。発電停止後に燃料電池が高温低湿度下で長時間放置された後に、カソード側の吸水口から水を注入することで、カソードガス拡散層を経由して、固体電解質膜を加湿することができ、高温低湿下での長期間にわたる放置後であっても、放置前と同様に燃料電池を良好にスタートアップさせることができ、再起動性に優れている。 A cartridge that supplies fuel to a fuel cell is partitioned into a fuel storage chamber and a water storage chamber by a partition wall, and does not contain impurities such as cations that impede the characteristics of the fuel cell (for example, used in the field of semiconductor manufacturing). (Pure water) is stored in a small amount compared to liquid fuel. After the fuel cell is left at high temperature and low humidity for a long time after power generation is stopped, the solid electrolyte membrane can be humidified via the cathode gas diffusion layer by injecting water from the water inlet on the cathode side. Even after being left for a long period of time under high temperature and low humidity, the fuel cell can be started up satisfactorily in the same manner as before being left, and is excellent in restartability.

本発明によれば、燃料として高濃度メタノールを利用でき携帯機器の小型・軽量化が実現されるとともに、再起動時に必要な水だけを供給するため、低濃度メタノールを使用した場合に問題となる連続稼働時の蒸気の排出量が微量に抑えられる。 According to the present invention, high-concentration methanol can be used as a fuel, and the portable device can be reduced in size and weight, and only water necessary for restarting is supplied, which causes a problem when low-concentration methanol is used. The amount of steam discharged during continuous operation can be suppressed to a very small amount.

また、カソードガス拡散層は親水性領域および撥水性領域を有し、カソードガス拡散層の反応面において撥水性領域を親水性領域中に分散配置させることが好ましい。この場合、撥水性領域は、カソードガス拡散層の反応面において、カソードガス拡散層の厚みと同じか、またはそれより小さいピッチ間隔に配置されていることが好ましい。親水性領域中に撥水性領域を微細に分散させた構造とすることにより、固体電解質膜が全体として均一に加湿され、アノード触媒およびカソード触媒表面の反応が均一に進行するようになるからである。 The cathode gas diffusion layer preferably has a hydrophilic region and a water-repellent region, and the water-repellent region is preferably dispersed in the hydrophilic region on the reaction surface of the cathode gas diffusion layer. In this case, it is preferable that the water-repellent regions are arranged at a pitch interval equal to or smaller than the thickness of the cathode gas diffusion layer on the reaction surface of the cathode gas diffusion layer. This is because, by adopting a structure in which the water-repellent region is finely dispersed in the hydrophilic region, the solid electrolyte membrane is uniformly humidified as a whole, and the reaction of the anode catalyst and the cathode catalyst surface proceeds uniformly. .

さらにまた、固体電解質膜とアノードおよびカソードで構成されたものを単位セルとし、単数あるいは複数の単位セルが平面積層された燃料電池において、カソード側から投入された水が、カソード拡散層と保護カバーとの間に設置された微細孔あるいは挟隙機構を有する膜が挿入されていることが望ましい。これにより、カソードガス拡散層に水が迅速かつ均一に各セルに供給され、ユニット間にバラツキの無い出力特性が実現される。 Furthermore, in a fuel cell in which a unit cell is composed of a solid electrolyte membrane, an anode and a cathode, and one or a plurality of unit cells are planarly stacked, water introduced from the cathode side is converted into a cathode diffusion layer and a protective cover. It is desirable to insert a membrane having a fine hole or a gap mechanism installed between the two. As a result, water is rapidly and uniformly supplied to each cell in the cathode gas diffusion layer, and output characteristics without variations between units are realized.

また、本発明は、上記の携帯機器用燃料電池に液体燃料および水を供給するためのカートリッジであって、燃料貯蔵室と、前記燃料貯蔵室から隔壁で仕切られた水貯蔵室と、前記燃料電池の燃料供給口に適合する形状に形成され、かつ前記燃料貯蔵室に連通する第１のノズルと、前記燃料電池の吸水口に適合する形状に形成され、かつ前記水貯蔵室に連通する第２のノズルと、を具備することを特徴とする。 The present invention also provides a cartridge for supplying liquid fuel and water to the above-described fuel cell for portable devices, a fuel storage chamber, a water storage chamber partitioned from the fuel storage chamber by a partition, and the fuel A first nozzle formed in a shape adapted to the fuel supply port of the cell and communicated with the fuel storage chamber; and a first nozzle formed in a shape adapted to the water inlet of the fuel cell and communicated with the water storage chamber. 2 nozzles.

このような液体燃料／水兼用のカートリッジを燃料電池と一緒に携行することにより、燃料切れのみならず固体電解質膜の乾燥にも対応することができ、燃料電池を円滑に再起動させることができる。なお、カートリッジと燃料電池の組み合わせにおいて、例えば、燃料供給用ノズルと燃料供給口の蓋体とを赤色とし、水供給用ノズルと吸水口の蓋体とを青色とするなどのように色分けし、液体燃料と水を間違って補給されないようにすることが好ましい。 By carrying such a liquid fuel / water cartridge together with the fuel cell, it is possible not only to run out of fuel but also to dry the solid electrolyte membrane, and to smoothly restart the fuel cell. . In the combination of the cartridge and the fuel cell, for example, the fuel supply nozzle and the cover of the fuel supply port are colored red, the water supply nozzle and the cover of the water intake port are colored blue, and the like, It is preferable to prevent liquid fuel and water from being replenished by mistake.

本発明によれば、高濃度燃料の使用により固体電解質膜が乾燥した状態で休止した後であっても、吸水口にカートリッジを差し込むだけで固体電解質膜に給水することができるので、常に良好な状態で電池特性を機能させることができる。このように簡易な方法により燃料電池の発電機能を維持・回復させることができるので、携帯電話、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器の電源として有用性が高い。 According to the present invention, even after the solid electrolyte membrane is in a dry state due to the use of high-concentration fuel, water can be supplied to the solid electrolyte membrane simply by inserting the cartridge into the water inlet, so that it is always good. Battery characteristics can be made to function in the state. Since the power generation function of the fuel cell can be maintained and restored by such a simple method, it is highly useful as a power source for mobile devices such as mobile phones, notebook computers, and portable game machines.

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。 Hereinafter, various embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池について図１を参照して説明する。 (First embodiment)
A fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

燃料電池１は、全体が保護カバー２０Ａ，２０Ｂで覆われ、内部に単位セルを有する。燃料電池１は、保護カバー２０Ａ，２０Ｂ側からシール部材１７，１８を介して内部の単位セルをボルト２８とナット２９で締め付けて一体化したものである。押え部材としてのシール部材１７，１８と複数本のスペーサ２５とによって燃料電池１の内部には種々のスペースや間隙が形成されている。それらのスペースや間隙のうち、例えばカソード側のスペースは水貯蔵室２６として用いられ、アノード側のスペースは燃料貯蔵室２７として用いられる。カソード側の保護カバー２０Ａには複数の細かな通気孔２４が形成され、水貯蔵室２６にそれぞれ連通している。 The fuel cell 1 is entirely covered with protective covers 20A and 20B, and has a unit cell inside. The fuel cell 1 is a unit in which unit cells inside are tightened with bolts 28 and nuts 29 through seal members 17 and 18 from the protective cover 20A and 20B sides. Various spaces and gaps are formed inside the fuel cell 1 by the seal members 17 and 18 as the pressing members and the plurality of spacers 25. Of these spaces and gaps, for example, the cathode side space is used as the water storage chamber 26, and the anode side space is used as the fuel storage chamber 27. A plurality of fine vent holes 24 are formed in the cathode-side protective cover 20A and communicate with the water storage chamber 26, respectively.

燃料電池の単位セルは、固体電解質膜１１、アノードおよびカソードを備えている。アノードとカソードは固体電解質膜１１を間に挟んで対向配置されている。アノードはアノード触媒層１２およびアノードガス拡散層１４を有する。アノード触媒層２は、ガス拡散層１４を介して供給される燃料を酸化して燃料から電子とプロトンとを取り出すものであり、触媒層１２とガス拡散層１４とが積み重ねられた積層構造をなしている。アノード触媒層１２は、例えば、触媒を含む炭素粉末により構成されている。触媒には、例えば、白金（Ｐｔ）の微粒子、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはモリブデン（Ｍｏ）などの遷移金属あるいはその酸化物あるいはそれらの合金などの微粒子が用いられる。但し、触媒をルテニウムと白金との合金により構成するようにすれば、一酸化炭素（ＣＯ）の吸着による触媒の不活性化を防止することができるので好ましい。 The unit cell of the fuel cell includes a solid electrolyte membrane 11, an anode, and a cathode. The anode and the cathode are opposed to each other with the solid electrolyte membrane 11 interposed therebetween. The anode has an anode catalyst layer 12 and an anode gas diffusion layer 14. The anode catalyst layer 2 oxidizes the fuel supplied through the gas diffusion layer 14 to extract electrons and protons from the fuel, and has a laminated structure in which the catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 14 are stacked. ing. The anode catalyst layer 12 is made of, for example, carbon powder containing a catalyst. Examples of the catalyst include fine particles of platinum (Pt), transition metals such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru) and molybdenum (Mo), oxides thereof, and alloys thereof. Are used. However, it is preferable that the catalyst is made of an alloy of ruthenium and platinum, since inactivation of the catalyst due to adsorption of carbon monoxide (CO) can be prevented.

また、アノード触媒層１２は、後述する固体電解質膜１１に用いられる樹脂の微粒子を含むほうがより望ましい。発生させたプロトンの移動を容易とするためである。ガス拡散層１４は、例えば多孔質の炭素材料よりなる薄膜、具体的にはカーボンペーパー・カーボン繊維などにより構成されている。なお、ガス拡散層１４の端部に導通する負極リード１６ｂが外方に延び出している。 The anode catalyst layer 12 preferably includes fine particles of resin used for the solid electrolyte membrane 11 described later. This is to facilitate the movement of the generated protons. The gas diffusion layer 14 is made of, for example, a thin film made of a porous carbon material, specifically, carbon paper or carbon fiber. Note that a negative electrode lead 16 b that is electrically connected to the end of the gas diffusion layer 14 extends outward.

カソードはカソード触媒層１３およびカソードガス拡散層１５を有する。カソード触媒層１３は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層１２において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものであり、例えば上述のアノード触媒層１２・ガス拡散層１４と同様に構成されている。すなわち、カソードは、固体電解質膜１１の側から順に触媒を含む炭素粉末よりなるカソード触媒層１３と多孔質の炭素材料よりなるカソードガス拡散層１５（ガス透過層）とが積み重ねられた積層構造をなしている。カソード触媒層１３に用いられる触媒はアノード触媒層１２のそれと同様であり、アノード触媒層１３が固体電解質膜１１に用いられる樹脂の微粒子を含む場合があることもアノード触媒層１２と同様である。なお、カソードガス拡散層１５の端部に導通する正極リード１６ａが外方に延び出している。 The cathode has a cathode catalyst layer 13 and a cathode gas diffusion layer 15. The cathode catalyst layer 13 reduces oxygen and reacts electrons with protons generated in the anode catalyst layer 12 to generate water. For example, in the same manner as the anode catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 14 described above. It is configured. That is, the cathode has a laminated structure in which a cathode catalyst layer 13 made of carbon powder containing a catalyst and a cathode gas diffusion layer 15 (gas permeable layer) made of a porous carbon material are stacked in this order from the solid electrolyte membrane 11 side. There is no. The catalyst used for the cathode catalyst layer 13 is the same as that of the anode catalyst layer 12, and the anode catalyst layer 13 may contain fine particles of resin used for the solid electrolyte membrane 11, similarly to the anode catalyst layer 12. Note that a positive electrode lead 16 a that is electrically connected to the end of the cathode gas diffusion layer 15 extends outward.

固体電解質膜１１は、アノード触媒層１２において発生したプロトンをカソード触媒層１３に輸送するためのものであり、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜、旭硝子社製のフレミオン膜、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜などにより構成されている。なお、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜以外にも、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、あるいは脂肪族炭化水素系樹脂獏などプロトンを輸送可能な固体電解質膜１１を構成するようにしてもよい。 The solid electrolyte membrane 11 is for transporting protons generated in the anode catalyst layer 12 to the cathode catalyst layer 13 and is made of a material that does not have electron conductivity and can transport protons. For example, it is composed of a polyperfluorosulfonic acid resin film, specifically, a Nafion film manufactured by DuPont, a Flemion film manufactured by Asahi Glass, or an Aciplex film manufactured by Asahi Kasei Kogyo. In addition to polyperfluorosulfonic acid-based resin films, copolymer films of trifluorostyrene derivatives, polybenzimidazole films impregnated with phosphoric acid, aromatic polyether ketone sulfonic acid films, or aliphatic hydrocarbon-based films You may make it comprise the solid electrolyte membrane 11 which can transport protons, such as a resin container.

アノードガス拡散層１４の固体電解質膜１１と反対側には、例えば、内部に形成された液体燃料貯蔵空間を有する燃料貯蔵室２７がアノードガス拡散層１４に隣接して設けられている。高濃度な液体燃料を使用することで、燃料電池体積効率が向上するとともに、燃料電池と一緒に携帯される燃料カートリッジの大きさと重量が小さく抑えられるという利点がある。シール部材１８を貫通する燃料供給口２１が燃料貯蔵室２７に連通し、燃料貯蔵室２７に液体燃料が供給されるようになっている。この燃料供給口２１には燃料供給口２１を閉鎖する蓋体（図示せず）が着脱可能に取り付けられている。燃料貯蔵室２７および蓋体は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン，ポリスチレン，ポリプロピレンあるいはポリカーボネートなどの液体燃料で膨潤等生じない硬質のプラスチックでつくられている。また、燃料貯蔵室２７および蓋体をステンレス鋼やニッケル金属などの耐食性に優れた金属材料とすることもできる。金属材料により燃料貯蔵室２７を構成する場合には、アノード触媒層１２とカソード触媒層１３とが短絡しないように燃料貯蔵室２７を配設するか、または短絡を防止するための図示しない絶縁部材を挿入する必要がある。また、ガス拡散層１４から負極リード１６ｂに電子を取り出すために、保護カバー２０Ｂからガス拡散層１４に向かって延び出す複数のスペーサ２５（突起構造）を設けることにより、発電エネルギーの効率よい利用が可能となる。また、負極リード１６ｂは多くの開口と間隙を有し、ガスの拡散を阻害しない形状とする。 On the opposite side of the anode gas diffusion layer 14 from the solid electrolyte membrane 11, for example, a fuel storage chamber 27 having a liquid fuel storage space formed therein is provided adjacent to the anode gas diffusion layer 14. By using a high-concentration liquid fuel, there is an advantage that the volume efficiency of the fuel cell is improved and the size and weight of the fuel cartridge carried together with the fuel cell can be reduced. A fuel supply port 21 penetrating the seal member 18 communicates with the fuel storage chamber 27 so that liquid fuel is supplied to the fuel storage chamber 27. A lid (not shown) for closing the fuel supply port 21 is detachably attached to the fuel supply port 21. The fuel storage chamber 27 and the lid are made of, for example, a hard plastic that does not swell with liquid fuel such as polytetrafluoroethylene, polystyrene, polypropylene, or polycarbonate. Further, the fuel storage chamber 27 and the lid can be made of a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel and nickel metal. In the case where the fuel storage chamber 27 is made of a metal material, the fuel storage chamber 27 is disposed so that the anode catalyst layer 12 and the cathode catalyst layer 13 are not short-circuited, or an insulating member (not shown) for preventing the short-circuit. Need to be inserted. Further, in order to take out electrons from the gas diffusion layer 14 to the negative electrode lead 16b, by providing a plurality of spacers 25 (protrusion structures) extending from the protective cover 20B toward the gas diffusion layer 14, efficient use of power generation energy can be achieved. It becomes possible. The negative electrode lead 16b has a large number of openings and gaps, and has a shape that does not hinder gas diffusion.

燃料貯蔵室２７の内部には、液体燃料を含浸して保持する液体燃料含浸部材を充填する場合がある。液体燃料含浸部材として、例えば多孔質ポリエステル繊維、具体的にはユニチカ社製ユニベックス等が使用される。この液体燃料含浸部は，アノードガス拡散層２と燃料開口１０との間に配置され、燃料を適量アノードに供給する機能を有する。ポリエステル繊維以外にも、アクリル酸系の樹脂などの各種吸水性ポリマーにより構成してもよく、スポンジまたは繊維の集合体など液体の浸透性を利用して液体を保持することができる材料により構成する。本液体燃料含浸部は，本体の姿勢に関わらず適量の燃料を供給するのに有効である。なお、液体燃料としては、例えばメタノール水溶液、エタノール水溶液、プロパノール水溶液、ギ酸水溶液、ギ酸ナトリウム水溶液、酢酸水溶液、エチレングリコール水溶液などの水素を含む有機系の水溶液が用いられる。中でもメタノール水溶液は、炭素数が１で反応の際に発生するのが炭酸ガスであると共に、低温での発電反応が可能であり、産業廃棄物から比較的容易に製造することができるので好ましい。 The fuel storage chamber 27 may be filled with a liquid fuel-impregnated member that is impregnated and held with liquid fuel. As the liquid fuel-impregnated member, for example, porous polyester fiber, specifically, UNIBEX made by Unitika, etc. are used. This liquid fuel impregnated portion is disposed between the anode gas diffusion layer 2 and the fuel opening 10 and has a function of supplying an appropriate amount of fuel to the anode. In addition to the polyester fiber, it may be composed of various water-absorbing polymers such as acrylic resin, and is composed of a material that can hold the liquid by utilizing the permeability of the liquid, such as a sponge or an aggregate of fibers. . This liquid fuel impregnation part is effective for supplying an appropriate amount of fuel regardless of the posture of the main body. In addition, as liquid fuel, organic aqueous solution containing hydrogen, such as methanol aqueous solution, ethanol aqueous solution, propanol aqueous solution, formic acid aqueous solution, sodium formate aqueous solution, acetic acid aqueous solution, ethylene glycol aqueous solution, is used, for example. Among these, an aqueous methanol solution is preferable because it has carbon number of 1 and carbon dioxide gas generated during the reaction, and can generate a power generation reaction at a low temperature, and can be produced relatively easily from industrial waste.

カソード側の保護カバー２０Ａには、例えば間隙を介してカソードガス拡散層１５に外気を自然拡散により供給するための多数の通気孔２４が開口している。これらの通気孔２４は、外気が通過する開口を形成するが、外気の通過を阻害せずに、外部からカソードガス拡散層１５への微小あるいは針状の異物の浸入・接触を防止しうるような形状が工夫されている。 In the protective cover 20A on the cathode side, a large number of air holes 24 for supplying outside air to the cathode gas diffusion layer 15 by natural diffusion through gaps, for example, are opened. These ventilation holes 24 form openings through which the outside air passes, but can prevent the entry or contact of minute or needle-like foreign matters from the outside to the cathode gas diffusion layer 15 without hindering the passage of the outside air. The shape is devised.

本実施の形態では、カソード側の保護カバー２０Ａの適所に吸水口２２を設けている。吸水口２２は、通気構造体としての固体電解質膜１１に水を補給するために水貯蔵室２６の適所に開口している。吸水口２２から注入された水は、水貯蔵室２６に溜まり、水貯蔵室２６から正極リード１６ａの孔を通ってガス拡散層１５をさらに通過して、固体電解質膜１１に到達する。なお、異物の浸入を防ぐために吸水口２２にフィルタ２３が取り付けられている。さらに、吸水口２２に図示しない蓋体を取り付けることにより水の蒸散を防止している。蓋体は、後述するカートリッジ３０の水供給用ノズル３６が吸水口２２に差し込まれるとばね力に抗して開き、ノズル３６が吸水口２２から引き抜かれるとばね力で閉じる接触開閉方式のシャッタ構造とすることができる。 In the present embodiment, a water inlet 22 is provided at an appropriate position of the protective cover 20A on the cathode side. The water inlet 22 is opened at a proper position of the water storage chamber 26 in order to replenish water to the solid electrolyte membrane 11 as the ventilation structure. The water injected from the water inlet 22 accumulates in the water storage chamber 26, passes through the gas diffusion layer 15 through the hole of the positive electrode lead 16 a from the water storage chamber 26, and reaches the solid electrolyte membrane 11. In addition, a filter 23 is attached to the water inlet 22 in order to prevent entry of foreign matter. Furthermore, the evaporation of water is prevented by attaching a lid (not shown) to the water inlet 22. The lid is opened against a spring force when a water supply nozzle 36 of a cartridge 30 (to be described later) is inserted into the water inlet 22, and is closed by a contact opening / closing type shutter structure when the nozzle 36 is pulled out from the water inlet 22. It can be.

このようにして構成された燃料電池１を下記の条件で発電し、セル電圧を確認した。高温低湿度下に放置後、カソード側より水を供給せずに動作させたものは、セル電圧が０．２Ｖで、３時間以上回復の兆候がみられなかった。一方、カソードに水を供給した後に、動作させたものは、セル電圧が０．４８Ｖとなり、ほぼ放置前と同じ出力が得られた。 The fuel cell 1 thus configured was generated under the following conditions, and the cell voltage was confirmed. Those that were operated without being supplied with water from the cathode side after being allowed to stand under high temperature and low humidity had a cell voltage of 0.2 V and no signs of recovery for 3 hours or more. On the other hand, the one operated after supplying water to the cathode had a cell voltage of 0.48 V, and almost the same output as before leaving was obtained.

（実験条件）
セルの大きさ；３０×３０ｍｍ
電流密度；５０ｍＡ／ｃｍ²
セル温度；５０℃
燃料；９８．５％メタノール
放置条件；６０℃、３０％相対湿度、８時間放置
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る携帯機器用燃料電池に使用するカートリッジの断面構造の一実施例示したものである。燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体電解質膜１１の特性から、陽イオンの進入により著しく特性を阻害される。カートリッジ３０は、全体の形状が紡錘状をなし、その長手方向の両端に第１及び第２のノズル３５，３６をそれぞれ備えている。カートリッジ３０の内部は隔壁３２によって燃料貯蔵室３３と水貯蔵室３４とに仕切られている。燃料貯蔵室３３には第１のノズル３５が連通し、水貯蔵室３４には第２のノズル３６が連通している。第１及び第２のノズル３５，３６には実質的に同じプッシュ開閉方式の弁体／弁座構造が採用されている。第２のノズル３６を吸水口２２に押し付けると、ノズル３６の流路が開口するとともに吸水口２２の蓋体が開き、カートリッジ側の水貯蔵室３４から吸水口２２を通って燃料電池側の水貯蔵室２６に水が注入される。同様に、第１のノズル３５を燃料供給口２１に押し付けると、ノズル３５の流路が開口するとともに燃料供給口２１の蓋体が開き、カートリッジ側の燃料貯蔵室３３から燃料供給口２１を通って燃料電池側の燃料貯蔵室２７に液体燃料が注入される。 (Experimental conditions)
Cell size; 30 x 30 mm
Current density: 50 mA / cm ²
Cell temperature: 50 ° C
Fuel: 98.5% methanol Standing condition: 60 ° C, 30% relative humidity, standing for 8 hours (second embodiment)
FIG. 2 shows an example of a cross-sectional structure of a cartridge used in a fuel cell for portable equipment according to the second embodiment of the present invention. The characteristics of the fuel cell are significantly inhibited by the ingress of cations due to the characteristics of the solid electrolyte membrane 11 having proton conductivity. The cartridge 30 has a spindle shape as a whole, and includes first and second nozzles 35 and 36 at both ends in the longitudinal direction. The interior of the cartridge 30 is partitioned into a fuel storage chamber 33 and a water storage chamber 34 by a partition wall 32. A first nozzle 35 communicates with the fuel storage chamber 33, and a second nozzle 36 communicates with the water storage chamber 34. The first and second nozzles 35 and 36 employ substantially the same push-opening valve body / valve seat structure. When the second nozzle 36 is pressed against the water inlet 22, the flow path of the nozzle 36 opens and the lid of the water inlet 22 opens, and the water on the fuel cell side passes through the water inlet 22 from the water storage chamber 34 on the cartridge side. Water is injected into the storage chamber 26. Similarly, when the first nozzle 35 is pressed against the fuel supply port 21, the flow path of the nozzle 35 opens and the lid of the fuel supply port 21 opens, and the fuel supply port 21 passes from the fuel storage chamber 33 on the cartridge side. Then, the liquid fuel is injected into the fuel storage chamber 27 on the fuel cell side.

発電停止放置後であっても、上記のようにカートリッジ３０を用いて吸水口２２から適量の水を注入し、固体電解質膜１１を加湿することができるので、燃料電池を容易に再起動させることができる。発電動作稼働後は、発電反応により生成水が形成され、高濃度燃料により発電動作は継続するため、カートリッジ３０に用意する水量は、液体燃料に比べて少量でよい。 Even after the power generation is stopped, an appropriate amount of water can be injected from the water inlet 22 using the cartridge 30 as described above and the solid electrolyte membrane 11 can be humidified, so that the fuel cell can be easily restarted. Can do. After the power generation operation is performed, generated water is formed by the power generation reaction, and the power generation operation is continued with the high-concentration fuel. Therefore, the amount of water prepared in the cartridge 30 may be smaller than that of the liquid fuel.

このようにして単一のカートリッジを用いて液体燃料と水をそれぞれ燃料電池に補給することができる。 In this way, liquid fuel and water can be replenished to the fuel cell using a single cartridge.

なお、カートリッジ３０と燃料電池との組み合わせにおいて、例えば、燃料供給用ノズル３５と燃料供給口２１の蓋体とを赤色とし、水供給用ノズル３６と吸水口２２の蓋体とを青色とするなどのように色分けして識別を容易化しておくと、液体燃料と水を間違って燃料電池に補給すること防止される。 In the combination of the cartridge 30 and the fuel cell, for example, the fuel supply nozzle 35 and the cover of the fuel supply port 21 are red, and the water supply nozzle 36 and the cover of the water intake port 22 are blue. If identification is facilitated by color coding as described above, it is possible to prevent liquid fuel and water from being supplied to the fuel cell by mistake.

（第３の実施の形態）
第３の実施形態の携帯機器用燃料電池の断面構造は、図１に示した第１の実施形態と実質的に同一である。所望の特性をより速やかに得るために、図５に示すように、カソードガス拡散層１５に親水性領域１５ａおよび撥水性領域１５ｂを形成した。撥水性領域１５ｂは、ガス拡散反応面（図中の上面と下面）において親水性領域１５ａ中に海島状に分散配置させた。通常、カソード反応を速やかに進めるため、カソードガス拡散層１５は、ＰＴＦＥ溶液に浸漬させ、均一あるいは厚さ方向にＰＴＦＥの濃度勾配を形成した撥水性を持たせている。 (Third embodiment)
The cross-sectional structure of the fuel cell for portable devices of the third embodiment is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIG. In order to obtain desired characteristics more quickly, a hydrophilic region 15a and a water repellent region 15b were formed in the cathode gas diffusion layer 15 as shown in FIG. The water repellent region 15b was dispersed and arranged in a sea-island shape in the hydrophilic region 15a on the gas diffusion reaction surface (upper surface and lower surface in the figure). Usually, in order to advance the cathode reaction promptly, the cathode gas diffusion layer 15 is immersed in a PTFE solution and has a water repellency that is uniform or has a concentration gradient of PTFE in the thickness direction.

撥水性領域１５ｂと親水性領域１５ａとの微細な海島状構造は、例えば、カーボンペーパー（厚さ０．３〜０．５ｍｍ）からなるガス拡散層の片面を真空吸引しながら、反対面から微小なインクジェットノズルを移動させながら四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）溶液の液滴をパルス状に吐出させていくことにより形成することができる。真空吸引されたＰＴＦＥ溶液がカーボンペーパーの表面から裏面まで浸透して撥水性領域１５ｂが形成される。なお、撥水性領域１５ｂのピッチ間隔はカーボンペーパーの厚みと同程度の０．３〜０．５ｍｍとすることが好ましい。実験から約５０％程度の面積を撥水性領域１５ｂとして確保できれば、特性に影響が無いことが確認できた。 The fine sea-island structure of the water-repellent region 15b and the hydrophilic region 15a is, for example, minute from the opposite surface while vacuuming one side of a gas diffusion layer made of carbon paper (thickness 0.3 to 0.5 mm). It can be formed by discharging droplets of a tetrafluoroethylene resin (PTFE) solution in a pulsed manner while moving an ink jet nozzle. The vacuum-sucked PTFE solution penetrates from the front surface to the back surface of the carbon paper to form the water repellent region 15b. In addition, it is preferable that the pitch interval of the water-repellent region 15b is set to 0.3 to 0.5 mm, which is about the same as the thickness of the carbon paper. From the experiment, it was confirmed that if the area of about 50% was secured as the water-repellent region 15b, the characteristics were not affected.

本発明においては、水の透過性と酸素の透過性の両立が重要となる。通常、撥水性を持たせたガス拡散層は、カソード反応に十分な酸素を供給できるため、均一化を阻害しないよう微細に形成した撥水性領域１５ｂの形成は、反応速度を阻害することは無い。このように撥水性領域１５ｂと親水性領域１５ａとが混在するガス拡散層を用いることにより、さらに速やかに固体電解質膜１１を加湿し、乾燥放置前の特性を復帰できる。 In the present invention, it is important to satisfy both water permeability and oxygen permeability. Usually, since the gas diffusion layer having water repellency can supply sufficient oxygen for the cathode reaction, the formation of the water-repellent region 15b formed finely so as not to inhibit the homogenization does not hinder the reaction rate. . As described above, by using the gas diffusion layer in which the water repellent region 15b and the hydrophilic region 15a are mixed, the solid electrolyte membrane 11 can be further humidified and the characteristics before being left to dry can be restored.

（第４の実施の形態）
次に、図３を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.

本実施形態の燃料電池１Ａは、水貯蔵室２６内に水移送膜４２を備えている。水移送膜４２は、液体の毛管現象を利用できるスポンジまたは繊維集合体などからなり、カソード側から供給した水をカソードガス拡散層１５のほうに向けて均一かつ迅速に供給する機能を有するものである。このような水移送膜４２は正極リード１６ａに密着させて水貯蔵室２６内に設けることが好ましい。水移送膜４２から正極リード１６ａの孔を伝わって水が円滑に流下するようになるとともに、ある程度の保水性を確保して乾燥を軽減できるからである。なお、水移送膜４２には、例えばアクリル酸系の樹脂など吸水性ポリマーなども利用することができる。 The fuel cell 1 A of the present embodiment includes a water transfer film 42 in the water storage chamber 26. The water transfer film 42 is made of a sponge or a fiber assembly that can utilize the capillary action of liquid, and has a function of supplying water supplied from the cathode side uniformly and quickly toward the cathode gas diffusion layer 15. is there. Such a water transfer film 42 is preferably provided in the water storage chamber 26 in close contact with the positive electrode lead 16a. This is because water flows smoothly from the water transfer film 42 through the hole of the positive electrode lead 16a, and a certain degree of water retention is ensured to reduce drying. For the water transfer film 42, for example, a water-absorbing polymer such as an acrylic resin can be used.

（第５の実施の形態）
次に、図４を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, description of the part which this embodiment overlaps with said embodiment is abbreviate | omitted.

本実施形態の燃料電池１Ｂは、平面内に複数配置された個々の単位セルに共有される水移送膜４４を水貯蔵室２６内に備えている。すなわち、共有の水移送膜４４によって一方の単位セルの水貯蔵室２６から他方の単位セルの水貯蔵室２６へ水平方向に水が移送されるとともに、水貯蔵室２６からカソードガス拡散層１５のほうへ垂直方向にも水が移送されるようになっている。水移送膜４４を複数の単位セルに共有させることにより、１箇所の吸水口２２から注入された水が、平面内に複数配置された個々の単位セルに対して速やかに分配され、大面積のカソードガス拡散層１５および固体電解質膜１１の全面にわたって加湿させることができる。 The fuel cell 1 B of the present embodiment includes a water transfer film 44 that is shared by a plurality of individual unit cells arranged in a plane in the water storage chamber 26. That is, water is transferred in the horizontal direction from the water storage chamber 26 of one unit cell to the water storage chamber 26 of the other unit cell by the common water transfer film 44, and the cathode gas diffusion layer 15 is formed from the water storage chamber 26. Water is also transferred vertically. By sharing the water transfer film 44 to a plurality of unit cells, water injected from one water inlet 22 is quickly distributed to each unit cell arranged in a plane, and has a large area. The entire surface of the cathode gas diffusion layer 15 and the solid electrolyte membrane 11 can be humidified.

なお、図中の符号１９ａ，１９ｂ，…１９ｎは燃料移送路であり、各単位セルの燃料貯蔵室２７ａ，２７ｂ，…２７ｎは移送路１９ａ，１９ｂ，…１９ｎによって連通している。供給口２３から導入された液体燃料は、移送路１９ａ，１９ｂ，…１９ｎを順次通って各単位セルの燃料貯蔵室２７ａ，２７ｂ，…２７ｎに補給される。 In the figure, reference numerals 19a, 19b,... 19n denote fuel transfer paths, and the fuel storage chambers 27a, 27b,... 27n of each unit cell communicate with each other by transfer paths 19a, 19b,. The liquid fuel introduced from the supply port 23 is replenished to the fuel storage chambers 27a, 27b,... 27n of the unit cells through the transfer paths 19a, 19b,.

以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々変形および組み合わせることが可能である。 Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and combinations can be made.

本発明の携帯機器用燃料電池は、簡易な操作によって電池機能を維持・回復させることができるので、携帯電話、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器に組み込んで用いられる電源として極めて利用価値が高い。 Since the fuel cell for portable devices of the present invention can maintain and restore the battery function by a simple operation, it is extremely useful as a power source incorporated in mobile devices such as mobile phones, laptop computers, and portable game machines. high.

本発明の実施形態に係る携帯機器用燃料電池を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the fuel cell for portable devices which concerns on embodiment of this invention. 携帯機器用燃料電池に燃料又は水を供給するために用いられる本発明の実施形態に係るカートリッジを示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the cartridge which concerns on embodiment of this invention used in order to supply a fuel or water to the fuel cell for portable devices. 本発明の他の実施形態に係る携帯機器用燃料電池を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the fuel cell for portable devices which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る携帯機器用燃料電池を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the fuel cell for portable devices which concerns on other embodiment of this invention. カソードガス拡散層の一部を切りとって模式的に示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view schematically showing a part of the cathode gas diffusion layer cut out.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ，１Ｂ…燃料電池、
１１…固体電解質膜、１２…アノード触媒層、１３…カソード触媒層、
１４…アノードガス拡散層、
１５…カソードガス拡散層、１５ａ…親水性領域、１５ｂ…撥水性領域、
１６ａ…正極リード、１６ｂ…負極リード、
１７，１８…シール部材（押え部材）、
１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…燃料移送路、
２０Ａ…カソード側保護カバー、
２０Ｂ…アノード側保護カバー、
２１…燃料供給口、
２２…吸水口、２３…フィルタ、
２４…通気孔、２５…スペーサ、２６…水貯蔵室、２７…燃料貯蔵室、
２８…ボルト、２９…ナット、
３０…カートリッジ、
３２…隔壁、３３…燃料貯蔵室、３４…水貯蔵室、
３５…第１のノズル（燃料供給用ノズル）、３６…第２のノズル（給水用ノズル）、
４２，４４…水移送膜。 1, 1A, 1B ... fuel cell,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Solid electrolyte membrane, 12 ... Anode catalyst layer, 13 ... Cathode catalyst layer,
14 ... anode gas diffusion layer,
15 ... cathode gas diffusion layer, 15a ... hydrophilic region, 15b ... water repellent region,
16a: positive electrode lead, 16b: negative electrode lead,
17, 18 ... Seal member (presser member),
19, 19a, 19b, 19c ... fuel transfer path,
20A ... Cathode side protective cover,
20B ... anode side protective cover,
21 ... Fuel supply port,
22 ... Water inlet, 23 ... Filter,
24 ... vent hole, 25 ... spacer, 26 ... water storage chamber, 27 ... fuel storage chamber,
28 ... bolts, 29 ... nuts,
30 ... cartridge,
32 ... partition wall, 33 ... fuel storage room, 34 ... water storage room,
35 ... 1st nozzle (nozzle for fuel supply), 36 ... 2nd nozzle (nozzle for water supply),
42, 44 ... Water transfer membrane.

Claims

固体電解質膜と、前記固体電解質膜を挟んで対向して設けられた液体燃料を酸化する触媒層およびガス拡散層を有するアノードと、酸素を還元する触媒層およびガス拡散層を有するカソードとを単位セルとして備え、保護カバー内に前記単位セルを単数または面方向に複数配置してなる携帯機器用燃料電池において、
カソード側の前記保護カバーに開口し、かつ前記固体電解質膜の周囲の間隙に連通する吸水口を有することを特徴とする携帯機器用燃料電池。 Unit comprising: a solid electrolyte membrane; an anode having a catalyst layer and a gas diffusion layer that oxidizes liquid fuel provided oppositely across the solid electrolyte membrane; and a cathode having a catalyst layer that reduces oxygen and a gas diffusion layer In a fuel cell for a portable device provided as a cell, in which a single unit cell or a plurality of unit cells are arranged in a plane direction in a protective cover,
A fuel cell for portable equipment, characterized by having a water inlet opening in the protective cover on the cathode side and communicating with a gap around the solid electrolyte membrane.

さらに、前記単位セルに液体燃料を供給するための燃料貯蔵室と、この燃料貯蔵室に連通する燃料供給口と、前記吸水口が連通する水貯蔵室と、を具備し、
前記燃料供給口および前記吸水口は、液体燃料及び水を供給するための共用のカートリッジの各ノズルの形状にそれぞれ適合するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の携帯機器用燃料電池。 And a fuel storage chamber for supplying liquid fuel to the unit cell, a fuel supply port communicating with the fuel storage chamber, and a water storage chamber communicating with the water suction port,
2. The portable device according to claim 1, wherein the fuel supply port and the water suction port are formed so as to conform to shapes of nozzles of a common cartridge for supplying liquid fuel and water, respectively. Fuel cell.

前記カソードガス拡散層は親水性領域および撥水性領域を有し、前記カソードガス拡散層の反応面において前記撥水性領域が前記親水性領域中に分散して配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の携帯機器用燃料電池。 The cathode gas diffusion layer has a hydrophilic region and a water repellent region, and the water repellent region is dispersed and disposed in the hydrophilic region on the reaction surface of the cathode gas diffusion layer. Item 3. The fuel cell for portable equipment according to any one of Items 1 or 2.

前記撥水性領域は、前記カソードガス拡散層の反応面において、前記カソードガス拡散層の厚みと同じか、またはそれより小さいピッチ間隔に配置されていることを特徴とする請求項３記載の携帯機器用燃料電池。 The portable device according to claim 3, wherein the water repellent regions are arranged at a pitch interval equal to or smaller than a thickness of the cathode gas diffusion layer on a reaction surface of the cathode gas diffusion layer. Fuel cell.

前記吸水口から注入された水が、前記カソードガス拡散層と前記保護カバーとの間に設けられた微細孔あるいは挟隙機構を有する膜により、前記カソードガス拡散層を介して、全セルの固体電解質膜全面に、均一かつ速やかに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の携帯機器用燃料電池。 The water injected from the water inlet is solid in all cells via the cathode gas diffusion layer by a membrane having a micropore or a gap mechanism provided between the cathode gas diffusion layer and the protective cover. The fuel cell for portable devices according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is uniformly and rapidly supplied to the entire surface of the electrolyte membrane.

請求項１乃至５のいずれか１項記載の携帯機器用燃料電池に液体燃料および水を供給するためのカートリッジであって、
燃料貯蔵室と、
前記燃料貯蔵室から隔壁で仕切られた水貯蔵室と、
前記燃料電池の燃料供給口に適合する形状に形成され、かつ前記燃料貯蔵室に連通する第１のノズルと、
前記燃料電池の吸水口に適合する形状に形成され、かつ前記水貯蔵室に連通する第２のノズルと、
を具備することを特徴とするカートリッジ。 A cartridge for supplying liquid fuel and water to the mobile device fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
A fuel storage room;
A water storage chamber partitioned by a partition wall from the fuel storage chamber;
A first nozzle formed in a shape suitable for a fuel supply port of the fuel cell and communicating with the fuel storage chamber;
A second nozzle formed in a shape suitable for the water inlet of the fuel cell and communicating with the water storage chamber;
A cartridge comprising: