JP2010003456A

JP2010003456A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2010003456A
Application number: JP2008159451A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sugimoto; 正和杉本; Masaya Yano; 雅也矢野; Hitoshi Ishizaka; 整石坂; Masashi Hatta; 勝志八田
Original assignee: Aquafairy Corp
Current assignee: Aquafairy Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: JP5201398B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which is further miniaturized by minimizing a piping space to improve space efficiency. <P>SOLUTION: The fuel cell includes a power generating cell FC for generating power with hydrogen supplied from one surface and oxygen supplied from the other surface, an internal space forming member 31 to form an internal space IS opposed to one surface of the power generating cell FC, hydrogen generating agent 32 arranged in part of the internal space IS for reacting with water vapor to generate hydrogen, and a water reservoir part 33 provided in the rest of the internal space for reserving water. The hydrogen generating agent 32 is encircled by a packing material 34 at least part of which is formed of a hydrophobic porous membrane 34a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素発生剤と水分の反応により発生する水素を、発電セルに供給して発電を行う燃料電池に関し、特にモバイル機器（携帯機器）等に使用する燃料電池として有用である。 The present invention relates to a fuel cell that generates power by supplying hydrogen generated by the reaction of a hydrogen generating agent and moisture to a power generation cell, and is particularly useful as a fuel cell used for mobile devices (portable devices) and the like.

近年のＩＴの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらのモバイル機器の高機能化に伴い、消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用あるいは充電用としてクリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。 With the development of IT in recent years, lithium-ion secondary batteries are used for most power sources of mobile devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras. However, as these mobile devices become highly functional, power consumption tends to increase more and more, and attention is focused on clean and highly efficient fuel cells for power supply or charging.

特に、ノートパソコンや携帯電話のような携帯機器に使用する場合に、携帯性あるいは小型化を維持できるような構造が望まれる。このため、燃料電池を構成するためには、発電セルや燃料ガス発生部などの各部を効率よく配置する必要がある。 In particular, when used in a portable device such as a notebook computer or a mobile phone, a structure that can maintain portability or downsizing is desired. For this reason, in order to comprise a fuel cell, it is necessary to arrange | position efficiently each part, such as a power generation cell and a fuel gas generation part.

携帯性あるいは小型化した燃料電池は、本出願人による下記特許文献１により公知である。この燃料電池は、本体部の外観を形成し、少なくとも異方向に臨ませてなる壁面部から構成される本体部ケースと、壁面部に沿って配置される支持基板と、この支持基板に搭載される発電用の単位セル（発電セル）と、この発電セルに供給する水素ガス等の燃料ガスを発生する燃料ガス発生部とを備えている。 A portable or miniaturized fuel cell is known from the following Patent Document 1 by the present applicant. This fuel cell is mounted on the support substrate, a main body case formed of a wall surface portion that forms the appearance of the main body portion and faces at least in a different direction, a support substrate disposed along the wall surface portion, and the support substrate. A power generation unit cell (power generation cell) and a fuel gas generation section for generating a fuel gas such as hydrogen gas supplied to the power generation cell.

この燃料電池では、単位セルが燃料ガスの流路を備え、複数の単位セルの燃料ガス流路どうしが、パイプで接続されている。また、本体部ケースの内部空間に、燃料ガス発生ユニットを配置する点が開示されている。 In this fuel cell, the unit cell includes a fuel gas flow path, and the fuel gas flow paths of the plurality of unit cells are connected by a pipe. Moreover, the point which arrange | positions a fuel gas generation unit in the internal space of a main-body part case is disclosed.

しかし、上記の燃料電池のように、複数の単位セルをパイプで接続する構造では、配管のためのスペースが無駄となり、燃料電池を小型化するには限界があった。また、燃料ガス発生ユニットが独立した構造であるため、筐体や供給のための配管が必要となり、燃料ガス発生剤を収容するスペースが狭くなるという問題もあった。 However, in the structure in which a plurality of unit cells are connected by pipes as in the above fuel cell, space for piping is wasted, and there is a limit to downsizing the fuel cell. Further, since the fuel gas generation unit has an independent structure, there is a problem that a housing and piping for supply are required, and a space for storing the fuel gas generating agent becomes narrow.

一方、下記の特許文献２には、単位セルをスタックした構造体を形成する際に、単位セルの集電体（電極）面に多孔板を介して燃料ガスを供給できるように構成した燃料電池が開示されている。この燃料電池では、その外部に燃料ガスの供給源が配置されており、パイプ等を介して、裏表に多孔板を有する偏平函状の燃料供給部と接続するようにしている。 On the other hand, the following Patent Document 2 discloses a fuel cell configured to supply fuel gas to a current collector (electrode) surface of a unit cell via a porous plate when forming a structure in which unit cells are stacked. Is disclosed. In this fuel cell, a fuel gas supply source is disposed outside the fuel cell, and is connected to a flat box-like fuel supply section having a perforated plate on both sides through a pipe or the like.

また、下記の特許文献３には、容器内の第１室に収容された水と、第２室に収容された水素化物とを含み、第１室と第２室とを仕切る隔壁の開口を覆うように配置された撥水性多孔体を設けた水素発生装置が開示されている。更に、隔壁の開口に対してその開閉を行う開閉部材を設ける点が開示されている。
実用新案登録第３１１４１４８号公報特開２００３−２８２１３１号公報特開２００４−２６９３２３号公報 Patent Document 3 below includes an opening of a partition wall that contains water contained in a first chamber in a container and hydride contained in a second chamber, and partitions the first chamber and the second chamber. A hydrogen generator provided with a water-repellent porous body arranged so as to cover is disclosed. Furthermore, the point which provides the opening-and-closing member which opens and closes with respect to opening of a partition is disclosed.
Utility Model Registration No. 3114148 JP 2003-282131 A JP 2004-269323 A

しかしながら、特許文献２の燃料電池では、単位セルをスタックした構造体であるため、その内部に燃料ガス供給源を設けることができず、また、偏平函状の燃料供給部が複数必要になるため、それらに接続するための配管も複数必要になり、配管スペースの点からも、全体を小型化するには限界があった。 However, since the fuel cell of Patent Document 2 has a structure in which unit cells are stacked, a fuel gas supply source cannot be provided therein, and a plurality of flat box-shaped fuel supply units are required. In addition, a plurality of pipes are required to connect them, and there is a limit to downsizing the whole from the viewpoint of piping space.

一方、特許文献３の水素発生装置は、発電セルを一体に構成するものではなく、上記と同様に発電セルに水素ガスを供給するための配管スペース等の問題があり、また、隔壁に撥水性多孔体を設ける構造のため、隔壁の面積を大きくする必要があり、小型化するのに限界があった。更に、開閉部材で隔壁の開口を閉塞させても撥水性多孔体の表面付近に水が残存する構造であるため、水素発生を停止させるのに時間がかかるという問題もあった。 On the other hand, the hydrogen generator of Patent Document 3 does not integrally form the power generation cell, but has a problem such as a piping space for supplying hydrogen gas to the power generation cell in the same manner as described above. Because of the structure in which the porous body is provided, it is necessary to increase the area of the partition wall, and there is a limit to downsizing. Furthermore, even if the opening of the partition wall is closed by the opening / closing member, water remains in the vicinity of the surface of the water-repellent porous body, so that there is a problem that it takes time to stop hydrogen generation.

そこで、本発明の目的は、配管スペース等を極力少なくし、スペース効率を高めることで、更なる小型化を可能にした燃料電池を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can be further reduced in size by reducing piping space and the like as much as possible and improving space efficiency.

上記目的は、次の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の燃料電池は、一方の表面から水素が供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう発電セルと、その発電セルの前記一方の表面に対向する内部空間を形成する内部空間形成部材と、その内部空間の一部に配置され、水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤と、前記内部空間の残部に設けられ、水を溜める貯水部と、前記水素発生剤を包囲し、少なくとも一部が疎水性多孔質膜で形成されている包装材と、を備えることを特徴とする。 The above object can be achieved by the present invention as follows.
That is, the fuel cell of the present invention includes a power generation cell that generates power by supplying hydrogen from one surface and oxygen from the other surface, and an internal space facing the one surface of the power generation cell. An internal space forming member to be formed, a hydrogen generating agent that is arranged in a part of the internal space and generates hydrogen by reacting with water vapor, a water storage part that is provided in the remaining part of the internal space and stores water, and the hydrogen And a packaging material that surrounds the generating agent and is at least partially formed of a hydrophobic porous membrane.

本発明の燃料電池によると、貯水部から生じる水蒸気が疎水性多孔質膜を介して水素発生剤に供給され、反応により発生した水素ガスが疎水性多孔質膜を介して内部空間に放出される。この水素が、発電セルの一方の表面から供給され、他方の表面から空気中の酸素が供給されるため、発電セルへの配管等を使用せずに発電を行うことができる。また、内部空間に貯水部と水素発生部を配置でき、水素発生部が包装材によりパッケージ化されているため、別途隔壁等を設ける必要がなく、省スペース化を図ることができる。なお、水素発生剤をパッケージ化することで、消耗品である水素発生剤の交換が容易になり、また、疎水性多孔質膜が隔壁として機能するため、水（液体）が直接に水素発生剤に接触せず、安定した水素発生を行うことができる。その結果、配管スペース等を極力少なくし、スペース効率を高めることで、更なる小型化を可能にした燃料電池を提供することができた。 According to the fuel cell of the present invention, water vapor generated from the water reservoir is supplied to the hydrogen generating agent via the hydrophobic porous membrane, and hydrogen gas generated by the reaction is released to the internal space via the hydrophobic porous membrane. . Since this hydrogen is supplied from one surface of the power generation cell and oxygen in the air is supplied from the other surface, it is possible to generate power without using piping or the like to the power generation cell. Further, since the water storage part and the hydrogen generation part can be arranged in the internal space and the hydrogen generation part is packaged by the packaging material, it is not necessary to provide a separate partition wall or the like, and space saving can be achieved. By packaging the hydrogen generating agent, it becomes easy to replace the consumable hydrogen generating agent, and since the hydrophobic porous membrane functions as a partition wall, water (liquid) directly flows into the hydrogen generating agent. And stable hydrogen generation can be performed. As a result, it was possible to provide a fuel cell capable of further miniaturization by reducing piping space and the like as much as possible and increasing space efficiency.

上記において、前記貯水部と前記包装材との間には間隙を有しており、前記貯水部とは間隙を開けて、外部から仕切部材を開閉できる開閉機構を設けてあることが好ましい。水を液体で供給する場合、供給を停止しても、水素発生が停止するまでの時間が長かったが、本発明のように、水蒸気を供給する場合、開閉機構を設けて供給を停止すると、より短時間で水素発生を停止させることができる。その際、包装材と貯水部とが間隙を開けているため、仕切部材を閉じた際に疎水性多孔質膜の表面付近に水が残存せず、水素発生の停止までの時間をより短縮することができる。 In the above, it is preferable that there is a gap between the water storage part and the packaging material, and an opening / closing mechanism is provided that can open and close the partition member from the outside by opening a gap with the water storage part. When supplying water as a liquid, even if the supply was stopped, it took a long time to stop the hydrogen generation.However, when supplying water vapor as in the present invention, when the supply was stopped by providing an open / close mechanism, Hydrogen generation can be stopped in a shorter time. At that time, because the gap between the packaging material and the water storage part is opened, when the partition member is closed, water does not remain in the vicinity of the surface of the hydrophobic porous membrane, and the time until hydrogen generation stops is further shortened. be able to.

また、前記水素発生剤は、水素化金属化合物を樹脂で包埋したものであることが好ましい。樹脂で包埋することにより、水素化金属化合物をそのまま使用する場合に比べて、初期の水素発生速度を緩やかにすることができ、全体としてより安定な水素発生を行うことができる。また、万が一、疎水性多孔質膜の破損等により、水が水素発生剤に接触した場合でも、樹脂で包埋したものでは発熱や発火等の危険を回避することができる。 The hydrogen generator is preferably a metal hydride compound embedded in a resin. By embedding with resin, compared with the case where a metal hydride compound is used as it is, the initial hydrogen generation speed can be made slow and more stable hydrogen generation can be performed as a whole. Even if water comes into contact with the hydrogen generating agent due to damage to the hydrophobic porous membrane or the like, it is possible to avoid the risk of heat generation or ignition in the case where the resin is embedded in the resin.

また、前記貯水部は、保水材により水を保持するものであることが好ましい。これにより使用する姿勢が変化しても一定の場所に水が留まるため、より安定した水素発生を行うことができる。 Moreover, it is preferable that the said water storage part hold | maintains water with a water retention material. As a result, water remains in a certain place even when the posture to be used is changed, so that more stable hydrogen generation can be performed.

本発明に係る燃料電池の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の燃料電池の一例を示す図であり、（ａ）平面図、（ｂ）は正面視断面図である。図２は、本発明における発電セルの一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ矢視断面図、（ｃ）はそのＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 A preferred embodiment of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams showing an example of a fuel cell according to the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a front sectional view. 2A and 2B are diagrams showing an example of a power generation cell according to the present invention, in which FIG. 2A is a top view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along arrow II, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along arrow II-II. is there.

＜燃料電池の全体構成＞
本発明の燃料電池は、図１に示すように、一方の表面から水素が供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう発電セルＦＣと、その発電セルＦＣの前記一方の表面に対向する内部空間ＩＳを形成する内部空間形成部材３１と、その内部空間ＩＳの一部に配置され、水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤３２と、前記内部空間の残部に設けられ、水を溜める貯水部３３とを備える。 <Overall configuration of fuel cell>
As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present invention includes a power generation cell FC that generates power by supplying hydrogen from one surface and oxygen from the other surface, and the one of the power generation cells FC. An internal space forming member 31 that forms an internal space IS facing the surface, a hydrogen generating agent 32 that is disposed in a part of the internal space IS and generates hydrogen by reacting with water vapor, and provided in the remaining portion of the internal space And a water storage part 33 for storing water.

本発明では、水素発生剤３２は、少なくとも一部が疎水性多孔質膜３４ａで形成されている包装材３４で包囲されている。本実施形態では、包装材３４の全体が疎水性多孔質膜３４ａで形成されている例を示す。 In the present invention, the hydrogen generating agent 32 is surrounded by a packaging material 34 that is at least partially formed of a hydrophobic porous membrane 34a. In the present embodiment, an example is shown in which the entire packaging material 34 is formed of a hydrophobic porous film 34a.

内部空間形成部材３１は、発電セルＦＣと略同じ形状の底板３１ｂとその周囲の側壁３１ａとを有しており、発電セルＦＣと共に内部空間ＩＳを形成する。内部空間ＩＳは密閉されていてもよいが、過剰に発生した水素をリークさせるための開孔や隙間等を有していてもよい。 The internal space forming member 31 has a bottom plate 31b having substantially the same shape as the power generation cell FC and a side wall 31a around the bottom plate 31b, and forms an internal space IS together with the power generation cell FC. The internal space IS may be sealed, but may have an opening or a gap for leaking excessive hydrogen generated.

貯水部３３は、水を溜めることができればよく、単に凹部（容器状部）に水を溜める構造や、凹部無しに内部空間形成部材３１の何れかの位置に水を溜める構造でもよいが、本発明では、使用する姿勢が変化しても一定の場所に水が留まるように、保水材により水を保持するものであることが好ましい。なお、保水材を使用する場合、上面以外からも水の蒸発が生じるため、水蒸気の発生速度が向上するという利点もある。つまり、貯水部３３は、内部空間ＩＳに対して露出面積が大きいほど、水素発生速度を高める上で好ましい。 The water storage section 33 is only required to be able to store water, and may have a structure in which water is simply stored in a recess (container-shaped part) or a structure in which water is stored in any position of the internal space forming member 31 without a recess. In the invention, it is preferable that the water is retained by the water retaining material so that the water remains in a certain place even if the posture to be used is changed. In addition, when using a water retention material, since water evaporates also from other than an upper surface, there also exists an advantage that the generation rate of water vapor | steam improves. That is, the larger the exposed area of the water storage section 33 with respect to the internal space IS, the more preferable in increasing the hydrogen generation rate.

保水材としては、水が含浸可能なものであれば何れでもよいが、スポンジ、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。保水材は、固定しなくてもよいが、接着等によって内部空間形成部材３１に固定するか、内部空間形成部材３１と発電セルＦＣとに挟持するのが好ましい。 Any water-retaining material can be used as long as it can be impregnated with water. Sponges, water-absorbing resins, absorbent cotton, water-absorbing nonwoven fabrics, water-absorbing paper, etc. are preferable. The water retaining material may not be fixed, but is preferably fixed to the internal space forming member 31 by adhesion or the like, or is sandwiched between the internal space forming member 31 and the power generation cell FC.

貯水部３３は、水素発生剤３２の周囲、一辺、二辺、三辺などに沿って設けることができるが、開閉機構３５を設ける上で、水素発生剤３２と間隔を開けて設けるのが好ましい。本実施形態では、保水材が内部空間ＩＳの一辺に沿って、水素発生剤３２と間隔を開けて設けられている例を示す。 Although the water storage part 33 can be provided along the circumference, one side, two sides, three sides, etc. of the hydrogen generating agent 32, it is preferable that the water storage unit 33 is provided at a distance from the hydrogen generating agent 32 when the opening / closing mechanism 35 is provided. . In the present embodiment, an example is shown in which the water retaining material is provided at a distance from the hydrogen generating agent 32 along one side of the internal space IS.

本発明では、図１に示すように、貯水部３３と包装材３４（又は水素発生剤３２）との間には間隙を有しており、貯水部３３とは間隙を開けて、外部から仕切部材３５ａを開閉できる開閉機構３５を設けてあることが好ましい。本実施形態では、板状の仕切部材３５ａを回転自在に内部空間形成部材３１の側壁３１ａに支持させ、外部に設けたツマミ３５ｂで開閉できる例を示す。 In the present invention, as shown in FIG. 1, there is a gap between the water storage part 33 and the packaging material 34 (or the hydrogen generating agent 32), and the water storage part 33 is separated from the outside by opening a gap. It is preferable that an opening / closing mechanism 35 capable of opening / closing the member 35a is provided. In the present embodiment, an example in which a plate-like partition member 35a is rotatably supported on the side wall 31a of the internal space forming member 31 and can be opened and closed by a knob 35b provided outside.

仕切部材３５ａが内部空間形成部材３１等と当接する端辺には、シール性を高める観点から、ゴム等の弾性材料を設けることが好ましい。 It is preferable to provide an elastic material such as rubber on the end side where the partition member 35a comes into contact with the internal space forming member 31 and the like from the viewpoint of improving the sealing performance.

貯水部３３への給水や、水素発生剤３２の交換は、内部空間ＩＳを開放した状態で行うことができる。例えば、発電セルＦＣを内部空間形成部材３１に対して着脱自在としたり、内部空間形成部材３１の側壁３１ａの何れかを開閉可能にすることで、内部空間ＩＳを開放することができる。着脱自在にするための構造については、嵌合、係合、ネジ締結など、公知の構造を用いることができる。なお、貯水部３３への給水孔を設けて、順次吸水を行うことも可能である。 Water supply to the water storage section 33 and replacement of the hydrogen generating agent 32 can be performed with the internal space IS open. For example, the internal space IS can be opened by making the power generation cell FC detachable from the internal space forming member 31 or by opening or closing any of the side walls 31a of the internal space forming member 31. As a structure for making it detachable, a known structure such as fitting, engagement, and screw fastening can be used. In addition, it is also possible to provide water supply holes to the water storage unit 33 and perform water absorption sequentially.

＜燃料電池の全体構成の別実施形態＞
（１）図４（ａ）に示すように、貯水部３３は、容器状に形成することができ、また保水材を省略することも可能である。この例では、内部空間形成部材３１の一部となる容器部３１ｃが、底板３１ｂの開口に対して着脱自在に構成されている。発電を行わないときは、底板３１ｂに対して着脱自在なキャップによって、開口が塞がれる。 <Another Embodiment of Overall Configuration of Fuel Cell>
(1) As shown to Fig.4 (a), the water storage part 33 can be formed in a container shape, and it is also possible to abbreviate | omit a water retention material. In this example, the container part 31c which becomes a part of the internal space forming member 31 is configured to be detachable from the opening of the bottom plate 31b. When power generation is not performed, the opening is closed by a cap that is detachable from the bottom plate 31b.

（２）図４（ｂ）に示すように、貯水部３３は、凹部無しに内部空間形成部材３１の何れかの位置に水を溜める構造でもよい。この場合、水が発電セルＦＣに流入しないように、発電セルＦＣの表面に、疎水性多孔質膜３４ａを設けるのが好ましい。疎水性多孔質膜３４ａとしては、後述する包装材として使用できるものが挙げられる。 (2) As shown in FIG. 4B, the water storage section 33 may have a structure in which water is stored at any position of the internal space forming member 31 without a recess. In this case, it is preferable to provide the hydrophobic porous membrane 34a on the surface of the power generation cell FC so that water does not flow into the power generation cell FC. Examples of the hydrophobic porous membrane 34a include those that can be used as a packaging material to be described later.

（３）図４（ｃ）に示すように、貯水部３３を、内部空間形成部材３１の底板３１ｂに沿って設けたシート状の保水材により構成してもよい。その場合の保水材としては、吸水性不織布、吸水性織布、吸水紙（濾紙）などが好ましい。 (3) As shown in FIG. 4C, the water storage section 33 may be configured by a sheet-like water retaining material provided along the bottom plate 31 b of the internal space forming member 31. In this case, the water-retaining material is preferably a water-absorbing nonwoven fabric, a water-absorbing woven fabric, water-absorbing paper (filter paper), or the like.

（４）開閉機構３５は、仕切部材３５ａを回転させる回転式に限らず、仕切部材３５ａをスライドさせるスライド式、着脱式など、何れでもよい。 (4) The opening / closing mechanism 35 is not limited to a rotary type that rotates the partition member 35a, but may be any of a slide type that slides the partition member 35a, a detachable type, and the like.

＜水素発生剤＞
本発明における水素発生剤３２は、水蒸気と反応して水素を発生するものであれば何れでもよく、金属、水素化金属化合物、両者の混合物などが挙げられる。これらの水素発生剤３２は、その単独粒子で使用してもよく、必要に応じて、触媒成分、アルカリ性無機化合物、凝集抑制粒子を更に含有したものを使用することができる。本発明では、前述の理由より、水素化金属化合物を樹脂で包埋したシート状物や粉砕物が好ましい。樹脂で包埋する場合、水蒸気との反応性の観点から、多孔質体であることが好ましい。 <Hydrogen generator>
The hydrogen generating agent 32 in the present invention may be any as long as it generates hydrogen by reacting with water vapor, and examples thereof include metals, metal hydride compounds, and mixtures of both. These hydrogen generators 32 may be used as single particles, and if necessary, those further containing a catalyst component, an alkaline inorganic compound, and aggregation-suppressing particles can be used. In the present invention, a sheet-like product or a pulverized product in which a metal hydride compound is embedded with a resin is preferable for the above-described reason. In the case of embedding with a resin, a porous body is preferable from the viewpoint of reactivity with water vapor.

なお、金属としては、アルミニウム粒子、鉄粒子、マグネシウム粒子などが挙げられる。また、金属触媒としては、ニッケル、バナジウム、マンガン、チタン、銅、銀、亜鉛、ジルコニウム、コバルト、クロム、カルシウム、これらの合金等が挙げられる。 Examples of the metal include aluminum particles, iron particles, and magnesium particles. Examples of the metal catalyst include nickel, vanadium, manganese, titanium, copper, silver, zinc, zirconium, cobalt, chromium, calcium, and alloys thereof.

水素化金属化合物としては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどが挙げられる。これらの化合物等は、いずれも水と急激に又は爆発的に反応して水素ガスを発生することが知られており、いずれも水素化マグネシウム以上の水との反応性を示す。 Examples of the metal hydride compound include calcium hydride, lithium hydride, potassium hydride, sodium borohydride, potassium borohydride, lithium aluminum hydride, sodium aluminum hydride, and magnesium hydride. All of these compounds are known to react rapidly or explosively with water to generate hydrogen gas, and all show reactivity with water higher than magnesium hydride.

また、上記化合物以外の水素発生剤として、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、上記以外の金属水素錯化合物などを含有してもよい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。化合物を併用する場合、気泡による多孔質化を促進し易い化合物を含むことが好ましい。このような化合物としては、水素化カルシウムが特に好ましい。 Moreover, you may contain metals, such as aluminum, iron, magnesium, and calcium, metal hydrogen complex compounds other than the above, as hydrogen generating agents other than the said compound. A plurality of metal hydride compounds, metals, and metal hydride complex compounds can be used in combination, or they can be used in combination. When a compound is used in combination, it is preferable to include a compound that facilitates the formation of pores by bubbles. As such a compound, calcium hydride is particularly preferable.

粒状の水素発生剤の平均粒径は、多孔体中への分散性や反応性を制御する観点から、１〜２００μｍが好ましく、６〜３０μｍがより好ましく、８〜１０μｍが更に好ましい。 The average particle size of the particulate hydrogen generator is preferably 1 to 200 μm, more preferably 6 to 30 μm, and even more preferably 8 to 10 μm, from the viewpoint of controlling dispersibility and reactivity in the porous body.

樹脂で包埋する場合の水素発生剤の含有量は、適度な反応性とある程度の水素発生量を確保する観点から、多孔体中、１０〜８０重量％が好ましく、３０〜７０重量％が好ましい。 In the case of embedding with a resin, the content of the hydrogen generating agent is preferably 10 to 80% by weight, and preferably 30 to 70% by weight in the porous body, from the viewpoint of ensuring appropriate reactivity and a certain amount of hydrogen generation. .

用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。 Examples of the resin used include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a heat resistant resin, and a thermosetting resin is preferable. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, polyester, and polyamide. Examples of the heat resistant resin include aromatic polyimide, polyamide, and polyester.

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に多孔質構造を適度に維持できる観点から、エポキシ樹脂が好ましい。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins, amino resins, polyurethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. Especially, an epoxy resin is preferable from a viewpoint which can maintain a porous structure moderately during hydrogen generating reaction.

樹脂が非多孔質又は開孔率の小さい多孔質である場合、水溶性樹脂や吸水性樹脂を主に使用するのが好ましい。水溶性樹脂としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。吸水性樹脂としては、アクリル酸塩重合体の架橋物、ビニルアルコール−アクリル酸塩共重合体の架橋物、無水マレイン酸グラフトポリビニルアルコールの架橋物、アクリル酸塩−メタアクリル酸塩共重合体の架橋物、アクリル酸メチル−酢酸ビニル重合体のケン化物の架橋物、デンプン−アクリル酸塩グラフト共重合体の架橋物、デンプン−アクリロニトリル共重合体の加水分解物の架橋物、デンプン−アクリル酸エチルグラフト共重合体のケン化物の架橋物、カルボキシメチルセルロース架橋物等を挙げることができる。 When the resin is non-porous or porous with a low porosity, it is preferable to mainly use a water-soluble resin or a water-absorbing resin. Examples of the water-soluble resin include methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, and polyethylene oxide. Examples of water-absorbing resins include cross-linked acrylate polymers, cross-linked vinyl alcohol-acrylate copolymers, cross-linked maleic anhydride grafted polyvinyl alcohol, and acrylate-methacrylate copolymers. Cross-linked product, cross-linked product of saponified product of methyl acrylate-vinyl acetate polymer, cross-linked product of starch-acrylate graft copolymer, cross-linked product of hydrolyzate of starch-acrylonitrile copolymer, starch-ethyl acrylate Examples include a cross-linked product of a saponified graft copolymer, a cross-linked product of carboxymethyl cellulose, and the like.

樹脂の含有量は、適度な保形性とある程度の水素発生量を確保する観点から、多孔体中、２０〜９０重量％が好ましく、３０〜７０重量％が好ましい。 The content of the resin is preferably 20 to 90% by weight, and preferably 30 to 70% by weight in the porous body from the viewpoint of securing an appropriate shape retention and a certain amount of hydrogen generation.

樹脂中には、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、発泡剤などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。 The resin may contain other components such as a catalyst, a filler, and a foaming agent as optional components other than the above components. As the catalyst, an alkali compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide is also effective in addition to the metal catalyst for the hydrogen generator.

発泡剤としては、未硬化の熱硬化性樹脂に相分離・分散して、熱硬化性樹脂の反応温度で気化する液体が挙げられる。また、水素発生剤と反応して水素ガスを発生させる反応液を、未硬化の熱硬化性樹脂に微量添加しておくことも可能である。このような反応液としては、水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが挙げられる。 Examples of the foaming agent include a liquid that is phase-separated and dispersed in an uncured thermosetting resin and vaporizes at the reaction temperature of the thermosetting resin. It is also possible to add a small amount of a reaction solution that reacts with the hydrogen generator to generate hydrogen gas to the uncured thermosetting resin. Examples of such a reaction solution include water, an aqueous acid solution, and an alkaline aqueous solution.

本発明では気泡により多孔質化された構造を有する場合が好ましい。多孔質化のための気泡は、発泡剤により生成するものでもよいが、水素発生剤から発生した水素ガスであることが好ましい。 In this invention, the case where it has the structure made porous by the bubble is preferable. The bubbles for making the pores may be generated by a foaming agent, but are preferably hydrogen gas generated from a hydrogen generating agent.

つまり、多孔質体は、粒状の水素発生剤と未硬化の熱硬化性樹脂とを混合した後、これを吸水性シートに塗布し、前記水素発生剤から水素ガスを発生させつつ熱硬化性樹脂を硬化させる工程を含む製法により製造されることが好ましい。 That is, the porous body is obtained by mixing a particulate hydrogen generator and an uncured thermosetting resin, and then applying the mixture to a water absorbent sheet to generate a hydrogen gas from the hydrogen generator. It is preferable to manufacture by the manufacturing method including the process of hardening | curing.

多孔質体は、密度が０．１〜１．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、０．２〜０．９ｇ／ｃｍ^３であることがより好ましく、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３であることが更に好ましい。この範囲の密度を有することで、反応液の浸透性が適度になり、取扱い性もより良好になる。このような密度は、例えば、水素ガスの発生量でコントロールすることが可能である。 The porous body is preferably a density of 0.1~1.2g / cm ^3, more preferably ^{0.2~0.9g / cm 3, 0.3~0.5g / cm} 3 More preferably. By having a density in this range, the permeability of the reaction solution becomes appropriate, and the handleability becomes better. Such a density can be controlled by, for example, the amount of hydrogen gas generated.

また、水素発生用多孔体の気泡径は、反応液の浸透性を適度に制御する観点から、直径０．１〜２ｍｍが好ましく、直径０．５〜１ｍｍがより好ましい。このような気泡径は、例えば、水素ガスの発生量でコントロールすることが可能である。また、気泡径や密度をコントロールするために、加圧条件下で熱硬化性樹脂の硬化を行ってもよい。 The bubble diameter of the hydrogen generating porous body is preferably 0.1 to 2 mm, more preferably 0.5 to 1 mm, from the viewpoint of appropriately controlling the permeability of the reaction solution. Such a bubble diameter can be controlled by, for example, the amount of hydrogen gas generated. In order to control the bubble diameter and density, the thermosetting resin may be cured under pressure.

水素発生剤から水素ガスを発生させるには、予め未硬化の熱硬化性樹脂に反応液を微量添加しておく方法や、未硬化の熱硬化性樹脂に含まれる反応液を利用する方法も可能であるが、硬化反応のための加熱により、水素発生剤（水素化金属化合物の場合）から水素ガスを脱離させる方法が好ましい。 In order to generate hydrogen gas from the hydrogen generator, it is possible to add a small amount of reaction liquid to the uncured thermosetting resin in advance, or to use the reaction liquid contained in the uncured thermosetting resin. However, a method of desorbing hydrogen gas from the hydrogen generator (in the case of a metal hydride compound) by heating for the curing reaction is preferable.

水素発生剤から水素ガスを脱離させる際の温度は、水素化金属化合物の種類によっても異なるが、５０〜２５０℃が好ましく、８０〜２００℃がより好ましい。つまり、未硬化の熱硬化性樹脂の硬化温度として、この範囲の温度を選択することが好ましい。なお、水素ガスの発生温度と硬化温度とを変えることも可能である。 The temperature at which hydrogen gas is desorbed from the hydrogen generator varies depending on the type of metal hydride compound, but is preferably 50 to 250 ° C, more preferably 80 to 200 ° C. That is, it is preferable to select a temperature within this range as the curing temperature of the uncured thermosetting resin. It is also possible to change the generation temperature of hydrogen gas and the curing temperature.

硬化して得られるシート状多孔質体の厚みは、水等を十分かつ均一に浸透させて均一な反応を行う観点から、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．５〜２ｍｍがより好ましい。 The thickness of the sheet-like porous body obtained by curing is preferably from 0.1 to 10 mm, more preferably from 0.5 to 2 mm, from the viewpoint of allowing water and the like to permeate sufficiently and uniformly to perform a uniform reaction.

本発明における水素発生剤３２は、少なくとも一部が疎水性多孔質膜３４ａで形成されている包装材３４で包囲されている。この疎水性多孔質膜３４ａを介して水蒸気が流入することで、水素ガスが発生するが、その際の水素発生速度は、疎水性多孔質膜３４ａの面積や開孔率で調整することが可能である。 The hydrogen generating agent 32 in the present invention is surrounded by a packaging material 34 at least partially formed of a hydrophobic porous membrane 34a. Hydrogen gas is generated by the inflow of water vapor through the hydrophobic porous membrane 34a, and the hydrogen generation rate at that time can be adjusted by the area of the hydrophobic porous membrane 34a and the porosity. It is.

包装材３４（又は水素発生剤３２）は、内部空間形成部材３１に固定しなくてもよいが、接着等によって内部空間形成部材３１に固定するか、内部空間形成部材３１と発電セルＦＣとに挟持するのが好ましい。 The packaging material 34 (or the hydrogen generating agent 32) does not have to be fixed to the internal space forming member 31, but is fixed to the internal space forming member 31 by adhesion or the like, or between the internal space forming member 31 and the power generation cell FC. It is preferable to pinch.

疎水性多孔質膜３４ａは、水を透過させずに、水蒸気及び水素ガスを透過させることができる。従って、疎水性多孔質膜３４ａの孔径としては、０．１〜１０μｍが好ましい。０．５〜５μｍがより好ましい。疎水性多孔質膜３４ａの厚みは、十分な通気性とある程度の強度を付与する観点から、１０〜５００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。 The hydrophobic porous membrane 34a can permeate water vapor and hydrogen gas without permeating water. Accordingly, the pore diameter of the hydrophobic porous membrane 34a is preferably 0.1 to 10 μm. 0.5-5 micrometers is more preferable. The thickness of the hydrophobic porous membrane 34a is preferably 10 to 500 μm, more preferably 50 to 200 μm, from the viewpoint of providing sufficient air permeability and a certain level of strength.

疎水性多孔質膜３４ａの材質としては、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリスルホンなどが挙げられる。なかでも、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂や、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が好ましい。 Examples of the material of the hydrophobic porous membrane 34a include fluorine resin, polyolefin resin, polyethersulfone, polysulfone, and the like. Of these, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene and polyolefin resins such as polypropylene are preferable.

包装材３４のうち、疎水性多孔質膜３４ａ以外の部分については、上記と同様の材料からなるフィルム、シート、ケース等が使用できる。但し、本発明では、包装材３４の全体が疎水性多孔質膜３４ａで形成されているのが好ましい。 In the packaging material 34 other than the hydrophobic porous membrane 34a, a film, sheet, case, or the like made of the same material as described above can be used. However, in the present invention, the entire packaging material 34 is preferably formed of the hydrophobic porous membrane 34a.

包装材３４（又は疎水性多孔質膜３４ａ）は袋状に形成するのが好ましく、内部に水素発生剤３２を導入した後、開口が封止される。封止の方法としては、熱融着、接着剤による接着などが挙げられる。図示した例では、２枚の疎水性多孔質膜３４ａの４辺が熱融着により封止されている。 The packaging material 34 (or the hydrophobic porous membrane 34a) is preferably formed in a bag shape, and the opening is sealed after introducing the hydrogen generating agent 32 into the inside. Examples of the sealing method include heat fusion and adhesion with an adhesive. In the illustrated example, four sides of the two hydrophobic porous membranes 34a are sealed by heat sealing.

＜発電セル＞
本実施形態の発電セルＦＣは、図２に示すように、複数の単位セルＣを備え、何れかの単位セルＣ１と他の単位セルＣ２の導電層同士を、接続部により電気的に接続している。これ例では、単位セルＣ１の第１導電層（第１金属層４）と、単位セルＣ２の第２導電層（第２金属層５）とを電気的に接続（直列接続）する例を示すが、何れかの単位セルＣ１と他の単位セルＣ２の導電層同士を、並列接続することも可能である。 <Power generation cell>
As shown in FIG. 2, the power generation cell FC of the present embodiment includes a plurality of unit cells C, and electrically connects the conductive layers of any one unit cell C1 and another unit cell C2 through a connection portion. ing. In this example, the first conductive layer (first metal layer 4) of the unit cell C1 and the second conductive layer (second metal layer 5) of the unit cell C2 are electrically connected (in series connection). However, the conductive layers of any one of the unit cells C1 and the other unit cells C2 can be connected in parallel.

なお、接続する単位セルＣの数としては、要求される電圧又は電流に応じて、設定することが可能である、本実施形態では２つの単位セルＣを接続する例を示す。 The number of unit cells C to be connected can be set according to a required voltage or current. In the present embodiment, an example in which two unit cells C are connected is shown.

各々の単位セルＣは、固体高分子電解質層１と、この固体高分子電解質層１の両側に設けられた第１電極層２及び第２電極層３と、これら電極層２，３の更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを有する。本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が、第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有する第１金属層４及び第２金属層５とからなる例を示す。 Each unit cell C includes a solid polymer electrolyte layer 1, a first electrode layer 2 and a second electrode layer 3 provided on both sides of the solid polymer electrolyte layer 1, and further outside these electrode layers 2 and 3. And a first conductive layer and a second conductive layer, respectively. In the present embodiment, the first conductive layer and the second conductive layer are formed from the first metal layer 4 and the second metal layer 5 having exposed portions that partially expose the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3. An example will be shown.

なお、導電層の材質としては、金属、導電性高分子、導電性ゴム、導電性繊維、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。 Examples of the material for the conductive layer include metals, conductive polymers, conductive rubbers, conductive fibers, conductive pastes, and conductive paints.

固体高分子電解質層１としては、従来の固体高分子膜型の燃料電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。 The solid polymer electrolyte layer 1 may be any solid polymer membrane type fuel cell as long as it is used, but from the viewpoint of chemical stability and conductivity, a sulfonic acid group that is a super strong acid is used. A cation exchange membrane made of a perfluorocarbon polymer is preferably used. Nafion (registered trademark) is preferably used as such a cation exchange membrane. In addition, for example, a porous film made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene impregnated with the above Nafion or other ion conductive material, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a non-woven fabric. A material carrying Nafion or another ion conductive material may be used.

固体高分子電解質層１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。 The thinner the solid polymer electrolyte layer 1 is, the more effective it is to make the whole thinner. However, considering the ion conduction function, strength, handling property, etc., 10 to 300 μm can be used, but 25 to 50 μm. preferable.

電極層２，３は、固体高分子電解質層１の表面付近でアノード側およびカソード側の電極反応を生じさせるものであれば何れでもよい。なかでも、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガス、燃料液、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが好適に使用できる。電極層２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質層１と接する内面側に少なくとも担持させるのが好ましい。 The electrode layers 2 and 3 may be any as long as they cause an electrode reaction on the anode side and the cathode side near the surface of the solid polymer electrolyte layer 1. Among them, the one that exhibits the function as a gas diffusion layer to supply and discharge the fuel gas, the fuel liquid, the oxidizing gas, and the water vapor and at the same time exhibits the current collecting function can be preferably used. As the electrode layers 2 and 3, the same or different ones can be used, and it is preferable to support a catalyst having an electrode catalytic action on the base material. The catalyst is preferably supported at least on the inner surface side in contact with the solid polymer electrolyte layer 1.

電極層２，３の電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。また、固体高分子電解質層１に触媒を直接付着させたり、カーボンブラックなどの導電性粒子に担持させて固体高分子電解質層１に付着させた電極層２，３を用いることも可能である。 As the electrode substrate of the electrode layers 2 and 3, for example, conductive carbon such as carbon paper, fibrous carbon such as carbon fiber nonwoven fabric, and an aggregate of conductive polymer fibers can be used. It is also possible to use the electrode layers 2 and 3 that are attached to the solid polymer electrolyte layer 1 by directly attaching the catalyst to the solid polymer electrolyte layer 1 or supporting the catalyst on conductive particles such as carbon black.

一般に、電極層２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。 In general, the electrode layers 2 and 3 are prepared by adding a water-repellent substance such as a fluororesin to such a conductive porous material. When the catalyst is supported, a catalyst such as platinum fine particles and fluorine It is formed by mixing a water-repellent substance such as a resin, mixing it with a solvent to form a paste or ink, and then applying this to one side of an electrode substrate that should face the solid polymer electrolyte membrane. The

一般に、電極層２，３や固体高分子電解質層１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。なお、還元ガスの代わりにメタノール等の燃料液を使用することも可能である。 In general, the electrode layers 2 and 3 and the solid polymer electrolyte layer 1 are designed according to the reducing gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell. In the present invention, it is preferable to use air as the oxidizing gas and hydrogen gas as the reducing gas. It is also possible to use a fuel liquid such as methanol instead of the reducing gas.

例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側の第２電極層３（本明細書では、アノード側を第１電極層、カソード側を第２電極層と仮定する）では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。 For example, when hydrogen gas and air are used, the second electrode layer 3 on the cathode side on which air is naturally supplied (in this specification, the anode side is assumed to be the first electrode layer and the cathode side is assumed to be the second electrode layer). In this case, since a reaction between oxygen and hydrogen ions occurs and water is generated, it is preferable to design according to the electrode reaction. In particular, under the operating conditions of low operating temperature, high current density, and high gas utilization rate, the electrode porous body is likely to be clogged (flooded) due to the condensation of water vapor, particularly at the air electrode where water is generated. Therefore, in order to obtain stable characteristics of the fuel cell over a long period of time, it is effective to ensure the water repellency of the electrode so that the flooding phenomenon does not occur.

触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。 As the catalyst, at least one metal selected from platinum, palladium, ruthenium, rhodium, silver, nickel, iron, copper, cobalt and molybdenum, or an oxide thereof can be used. A supported one can also be used.

電極層２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１〜５００μｍが好ましく、１００〜３００μｍがより好ましい。電極層２，３と固体高分子電解質層１とは、予め接着、融着、又は塗布形成等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、膜／電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。 The thickness of the electrode layers 2 and 3 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced. However, in consideration of electrode reaction, strength, handling property, etc., 1 to 500 μm is preferable, and 100 to 300 μm is more preferable. The electrode layers 2 and 3 and the solid polymer electrolyte layer 1 may be laminated and integrated in advance by adhesion, fusion, coating formation, or the like, or may simply be arranged in a stacked manner. Such a laminated body can also be obtained as a membrane / electrode assembly (MEA), and may be used.

アノード側電極層２の表面にはアノード側の第１金属層４が配置され、カソード側電極層３の表面にはカソード側の第２金属層５が配置される（本明細書では、アノード側を第１金属層、カソード側を第２金属層と仮定する）。第１金属層４は、第１電極層２を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、アノード側金属層４には燃料ガス等を供給するための開孔４ａが設けられている例を示す。 A first metal layer 4 on the anode side is disposed on the surface of the anode side electrode layer 2, and a second metal layer 5 on the cathode side is disposed on the surface of the cathode side electrode layer 3 (in this specification, the anode side Is the first metal layer and the cathode side is the second metal layer). The first metal layer 4 has an exposed portion that partially exposes the first electrode layer 2. In the present embodiment, the anode side metal layer 4 is provided with an opening 4 a for supplying fuel gas or the like. An example is shown.

第１金属層４の露出部は、アノード側電極層２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。アノード側金属層４の開孔４ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔４ａを設けたり、第１金属層４を櫛形電極のような形状にしてアノード側電極層２を露出させてもよい。開孔４ａ部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。 The exposed portion of the first metal layer 4 may be any number, shape, size, formation position, etc. as long as the anode-side electrode layer 2 can be exposed. The opening 4a of the anode-side metal layer 4 is, for example, provided with a plurality of circular holes, slits, or the like regularly or randomly, or provided with the openings 4a by a metal mesh, or the first metal layer 4 as a comb electrode. The anode side electrode layer 2 may be exposed in any shape. The ratio (opening ratio) at which the area of the opening 4a is tightened is preferably 10 to 50%, more preferably 15 to 30%, from the viewpoint of the balance between the contact area with the electrode and the gas supply area.

また、カソード側の第２金属層５は、第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、カソード側金属層５には、空気中の酸素を供給（自然吸気）するための多数の開孔５ａが設けられている例を示す。開孔５ａは、カソード側電極層３が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。カソード側金属層５の開孔５ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔５ａを設けたり、第２金属層５を櫛形電極のような形状にしてカソード側電極層３を露出させてもよい。開孔５ａ部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。 Further, the second metal layer 5 on the cathode side has an exposed portion that partially exposes the second electrode layer 3. In this embodiment, oxygen in the air is supplied to the cathode side metal layer 5 (naturally An example in which a large number of openings 5a for intake) is provided is shown. As long as the cathode-side electrode layer 3 can be exposed, the number, shape, size, formation position, and the like of the openings 5a may be any. The opening 5a of the cathode-side metal layer 5 is provided with, for example, a plurality of circular holes or slits regularly or randomly, or the openings 5a are formed by a metal mesh, and the second metal layer 5 is like a comb-shaped electrode. The cathode side electrode layer 3 may be exposed in any shape. From the viewpoint of the balance between the contact area with the electrode and the supply area of the gas, the ratio of the area of the opening 5a portion (opening ratio) is preferably 10 to 50%, and more preferably 15 to 30%.

金属層４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、導電性、コスト、形状付与性、加圧のための強度などの観点から、銅、銅合金、ステンレス板などが好ましい。また、上記の金属に金メッキなどの金属メッキを施したものでもよい。 As the metal layers 4 and 5, any metal can be used as long as it does not adversely affect the electrode reaction, and examples thereof include stainless steel plates, nickel, copper, and copper alloys. However, copper, a copper alloy, a stainless steel plate, and the like are preferable from the viewpoints of conductivity, cost, shape imparting property, strength for pressurization, and the like. Moreover, what gave metal plating, such as gold plating, to said metal may be used.

なお、金属層４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、導電性、コスト、重量、形状付与性、加圧のための強度などを考慮すると、１０〜１０００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。 In addition, although the thickness of the metal layers 4 and 5 is effective in reducing the overall thickness as the thickness is reduced, considering conductivity, cost, weight, shape imparting property, strength for pressurization, etc., the thickness is 10 to 1000 μm. Preferably, 50-200 micrometers is more preferable.

金属層４及び金属層５は、少なくとも一部が樹脂から露出することにより、その部分を電極として電気を外部に取り出すことができる。このため、樹脂成形体６に対して、金属層４及び金属層５を一部露出させた端子部を設けてもよいが、本発明では、直列接続の場合には、その両端の単位セルＣの金属層４又は金属層５が、単位セルＣの電極となる突出部４ｂ，５ｂを備え、これが樹脂成形体６から外部に出ていることが好ましい。この突出部４ｂ，５ｂは、インサート成形を行う際に、金属層４，５等（積層物Ｌ）を成形型内に保持するためにも利用できる。 When at least a part of the metal layer 4 and the metal layer 5 is exposed from the resin, electricity can be taken out using the part as an electrode. For this reason, although the terminal part which exposed the metal layer 4 and the metal layer 5 partially may be provided with respect to the resin molding 6, in this invention, in the case of series connection, the unit cell C of the both ends is provided. It is preferable that the metal layer 4 or the metal layer 5 is provided with projecting portions 4b and 5b serving as the electrodes of the unit cell C, and these protrude from the resin molded body 6 to the outside. The protrusions 4b and 5b can also be used for holding the metal layers 4 and 5 (laminate L) in the mold when performing insert molding.

金属層４及び金属層５の形成や開孔５ａ、４ａの形成は、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行うことができる。また、金属層４及び金属層５の突出部４ｂ，５ｂには、樹脂の流動や密着性を良好にする目的で、インサート成形される部分に貫通孔を設けてもよい。更に、接続や固定を良好に行うために、突出部４ｂ，５ｂの露出した部分に貫通孔を設けてもよい。 The formation of the metal layer 4 and the metal layer 5 and the formation of the openings 5a and 4a can be performed using press work (press punching process). In addition, the protrusions 4b and 5b of the metal layer 4 and the metal layer 5 may be provided with through holes in the insert-molded portions for the purpose of improving the flow and adhesion of the resin. Furthermore, in order to perform connection and fixation satisfactorily, through holes may be provided in the exposed portions of the protrusions 4b and 5b.

この実施形態では、接続部Ｊが中央に段差部を有する長方形となっているが、接続部Ｊの形状は何れでもよく、また、部分的に樹脂成形体６の外部に突出する形状でもよい。後述のように、インサート形成する際には、積層物を成形型内に位置固定する必要があり、位置固定の際には接続部Ｊが部分的に樹脂成形体６の外部に突出する形状であることが好ましい。 In this embodiment, the connecting portion J has a rectangular shape having a step portion at the center, but the connecting portion J may have any shape, or may partially protrude to the outside of the resin molded body 6. As will be described later, when the insert is formed, it is necessary to fix the position of the laminate in the mold, and when the position is fixed, the connecting portion J partially protrudes outside the resin molded body 6. Preferably there is.

接続部Ｊは、隣り合う単位セルＣ同士を直列に接続するものであり、第１金属層４及び第２金属層５と一体化した金属板になっている。第１金属層４及び第２金属層５を独立して配置する代わりに、この金属板を用いることにより、これを成形型内に配置するだけで、単位セルＣが直列に接続された燃料電池を製造することができる。 The connecting portion J connects adjacent unit cells C in series, and is a metal plate integrated with the first metal layer 4 and the second metal layer 5. Instead of disposing the first metal layer 4 and the second metal layer 5 independently, by using this metal plate, the fuel cell in which the unit cells C are connected in series simply by disposing the metal plate in the mold. Can be manufactured.

金属板は、図２（ｃ）に示すように、相互に平行な面内に隣接して配置された第１金属層４及び第２金属層５が、同じ面内で外側に各々延設され、段差部によって連結一体化してある。このような段差部は、金属板を板金加工することで作製することができる。 As shown in FIG. 2C, the metal plate includes a first metal layer 4 and a second metal layer 5 which are arranged adjacent to each other in a plane parallel to each other and extend outward in the same plane. , And integrated by a stepped portion. Such a stepped portion can be produced by subjecting a metal plate to sheet metal processing.

本発明の燃料電池は、図２に示すように、以上のような単位セルＣ及び接続部Ｊをインサート成形により一体化した樹脂成形体６を備えている。樹脂成形体６は、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有することが好ましく、この供給部は、第１金属層４又は第２金属層５の露出部に対応する位置に設けられた開孔６ａであることが好ましい。 As shown in FIG. 2, the fuel cell of the present invention includes a resin molded body 6 in which the unit cell C and the connecting portion J as described above are integrated by insert molding. The resin molded body 6 preferably has a supply part for supplying gas or liquid to the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3, and this supply part is the first metal layer 4 or the second metal layer 5. The opening 6a is preferably provided at a position corresponding to the exposed portion.

本実施形態では、前記第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出するように、前記第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、樹脂成形体６によりインサート成形して一体化してある例を示す。 In the present embodiment, resin molding is performed in a state where the first metal layer 4 and the second metal layer 5 are pressed from both sides so that the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3 are exposed from the opening 6a. An example in which the body 6 is insert-molded and integrated is shown.

本発明では、金属層４，５の露出部に相当する開孔４ａ，５ａの大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより、大きくてもよく、同じ大きさでもよく、小さくてもよい。但し、第１金属層４及び／又は第２金属層５の露出部の大きさと、開孔６ａの大きさとがほぼ等しくなるように、樹脂成形体６を成形してあることが好ましい。具体的には、各々の開孔６ａの面積は、各々の露出部の面積の６０〜１５０％が好ましく、８０〜１３０％がより好ましい。 In the present invention, the size of the openings 4a and 5a corresponding to the exposed portions of the metal layers 4 and 5 may be larger, the same size, or smaller than the size of the opening 6a of the resin molded body 6. Also good. However, the resin molded body 6 is preferably molded so that the size of the exposed portion of the first metal layer 4 and / or the second metal layer 5 is substantially equal to the size of the opening 6a. Specifically, the area of each opening 6a is preferably 60 to 150%, more preferably 80 to 130% of the area of each exposed portion.

本実施形態では、金属層４，５の露出部に相当する開孔４ａ，５ａの大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより小さい場合の例を示す。これにより金属層４，５の開孔４ａ，５ａの周囲に対して、樹脂成形体６の開孔６ａに相当する部分を利用して、成型時に加圧することができる（図３（ｃ）参照）。 In the present embodiment, an example in which the size of the openings 4a and 5a corresponding to the exposed portions of the metal layers 4 and 5 is smaller than the size of the opening 6a of the resin molded body 6 is shown. Thereby, it is possible to pressurize the periphery of the openings 4a and 5a of the metal layers 4 and 5 at the time of molding using a portion corresponding to the opening 6a of the resin molded body 6 (see FIG. 3C). ).

樹脂成形体６の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、液晶ポリマー、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、成形型内での樹脂の流動性、強度、溶融温度などの観点から、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル樹脂が好ましく、これらはアプリケーションによって選択することが可能である。 Examples of the material of the resin molded body 6 include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a heat resistant resin, and a thermoplastic resin and a thermosetting resin are preferable. Examples of the thermoplastic resin include polycarbonate resin, ABS resin, liquid crystal polymer, polypropylene, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, polyester, and polyamide. Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins, amino resins, polyurethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. Among these, polyester, polypropylene, and acrylic resin are preferable from the viewpoint of fluidity, strength, melting temperature, and the like of the resin in the mold, and these can be selected depending on the application.

樹脂成形体６としては、熱可塑性エラストマーやゴム等の樹脂エラストマーを用いることも可能である。その場合、他の材料にも可とう性の有るものを使用することで、燃料電池全体を可とう性にすることが可能である。 As the resin molded body 6, it is also possible to use a resin elastomer such as a thermoplastic elastomer or rubber. In that case, it is possible to make the whole fuel cell flexible by using another material having flexibility.

樹脂成形体６の全体の厚みとしては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力、薄型化などの観点から、０．３〜４ｍｍが好ましく０．５〜２ｍｍがより好ましい。特に、金属層を覆う部分の樹脂成形体６の厚みとしては、金属層を加圧する圧力の観点から、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、０．３〜１．０ｍｍがより好ましい。 The overall thickness of the resin molded body 6 is preferably 0.3 to 4 mm, and more preferably 0.5 to 2 mm, from the viewpoints of the strength of integration with the resin, the pressure for pressing the metal layer, and the thinning. In particular, the thickness of the resin molded body 6 at the portion covering the metal layer is preferably 0.2 to 1.5 mm, and more preferably 0.3 to 1.0 mm, from the viewpoint of pressure to pressurize the metal layer.

樹脂成形体６の外形の面積としては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力の観点から、固体高分子電解質層１の外形の面積の１０１〜２００％が好ましく、１５０〜１８０％がより好ましい。 The area of the outer shape of the resin molded body 6 is preferably 101 to 200% of the outer area of the solid polymer electrolyte layer 1 from the viewpoint of the strength of integration by the resin and the pressure to pressurize the metal layer, and is preferably 150 to 180. % Is more preferable.

本発明の燃料電池は、次のようにして燃料等を供給して発電させることができる。例えばカソード側は、そのまま大気開放にしておき、アノード側に設けた空間に水素ガス等の燃料を供給したり、アノード側に設けた空間内で水素ガス等の燃料を発生させることで発電を行うことができる。また、アノード側及び／又はカソード側に対して、流路を形成するための流路形成部材を取り付けて、その流路に酸素含有ガスや燃料を供給することも可能である。流路形成部材としては、例えば流路溝と供給口と排出口を設けた板状体や、スタック型燃料電池のセパレータと類似の構造のものが使用できる。後者を使用するとスタック型燃料電池を構成することができる。 The fuel cell of the present invention can generate power by supplying fuel or the like as follows. For example, the cathode side is left open to the atmosphere as it is, and power is generated by supplying fuel such as hydrogen gas to the space provided on the anode side or generating fuel such as hydrogen gas in the space provided on the anode side. be able to. It is also possible to attach a flow path forming member for forming a flow path to the anode side and / or the cathode side and supply an oxygen-containing gas or fuel to the flow path. As the flow path forming member, for example, a plate-like body provided with a flow path groove, a supply port, and a discharge port, or a structure similar to a separator of a stack type fuel cell can be used. When the latter is used, a stack type fuel cell can be constructed.

以上のような燃料電池は、例えば次の製造方法により製造することができる。即ち、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、固体高分子電解質層１、その両側に配される第１電極層２及び第２電極層３、並びにそれらの外側に配される第１導電層及び第２導電層を含む積層物Ｌの複数を、何れかの積層物Ｌと他の積層物Ｌの導電層同士を接続部Ｊにより電気的に接続した状態で成形型１０内に配置する工程を含む。直列接続の場合、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第２導電層とが接続され、並列接続の場合、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第１導電層とが接続されると共に、一方の第２導電層と他方の第２導電層とが接続される。 The fuel cell as described above can be manufactured, for example, by the following manufacturing method. That is, as shown in FIGS. 3A to 3D, the solid polymer electrolyte layer 1, the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3 disposed on both sides thereof, and the first electrode layer 2 disposed on the outside thereof. A plurality of laminates L including one conductive layer and a second conductive layer are placed in the mold 10 in a state in which one of the laminates L and the conductive layers of the other laminates L are electrically connected to each other by the connecting portion J. Including the step of arranging. In the case of series connection, one first conductive layer of the adjacent laminate L is connected to the other second conductive layer, and in the case of parallel connection, one first conductive layer of the adjacent laminate L and the other second conductive layer are connected. One conductive layer is connected, and one second conductive layer and the other second conductive layer are connected.

本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部（例えば開孔４ａ，５ａ）を有する第１金属層４及び第２金属層５であり、その露出部が成形型１０の凸部１１ａ，１２ａにより閉塞した状態で成形型１０内に配置する例を示す。 In this embodiment, the first metal layer 4 having exposed portions (for example, openings 4a and 5a) in which the first conductive layer and the second conductive layer partially expose the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3, and An example is shown in which the second metal layer 5 is disposed in the mold 10 in a state where the exposed portion is closed by the convex portions 11 a and 12 a of the mold 10.

単位セルＣを構成する積層物Ｌは、その複数を同じ面内に並設してもよく、またＬ字型の２辺、正方形又は長方形の２辺〜４辺、三角形の2辺〜３辺などの各辺に配置してもよい。本実施形態では、２つの積層物Ｌを同じ面内に並設する例を示す。 A plurality of the laminates L constituting the unit cell C may be arranged side by side in the same plane, L-shaped two sides, square or rectangular two to four sides, triangular two to three sides It may be arranged on each side. In the present embodiment, an example in which two laminates L are arranged in the same plane is shown.

また、本発明の燃料電池の製造方法は、上記の成形型１０内に樹脂を注入することで、積層物Ｌ及び前記接続部Ｊを一体化する樹脂成形体６を成形する工程を含む。本実施形態では、第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、その成形型１０内に樹脂を注入することで、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有し、積層物Ｌを一体化する樹脂成形体６を成形する工程を含む例を示す。つまり、前記供給部に相当する開孔６ａを除いて、積層物Ｌのほぼ全体を樹脂成形体６で覆う例を示す。 In addition, the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention includes a step of molding a resin molded body 6 that integrates the laminate L and the connection portion J by injecting a resin into the mold 10. In this embodiment, the first metal layer 4 and the second metal layer 5 are pressurized from both sides, and a resin is injected into the mold 10 so that the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3 are injected. An example including a step of forming a resin molded body 6 having a supply portion for supplying gas or liquid and integrating the laminate L will be described. That is, an example in which almost all of the laminate L is covered with the resin molded body 6 except for the opening 6a corresponding to the supply unit.

まず、例えば、図３（ａ）に示すように、各々の単位セルＣの形成領域の底面に、凸部１１ａを有する下金型１１を準備する。本実施形態では、成形型１０を分割構造にして分割した型部材の内面に凸部１１ａ，１２ａを設け、その凸部１１ａ，１２ａを第１金属層４及び第２金属層５圧接させる場合の例を示す。凸部１１ａは、積層物Ｌの下側の第１金属層４の開孔４ａを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔４ａに対向する位置に設けている。下金型１１は、底面の周囲に側壁を有しており、側壁の内面に沿って上金型１２が挿入できる。 First, as shown in FIG. 3A, for example, a lower mold 11 having a convex portion 11a is prepared on the bottom surface of each unit cell C formation region. In the present embodiment, the projections 11 a and 12 a are provided on the inner surface of the mold member divided into the molding die 10 and the projections 11 a and 12 a are pressed against the first metal layer 4 and the second metal layer 5. An example is shown. The convex portion 11a has an upper surface large enough to close the opening 4a of the first metal layer 4 on the lower side of the laminate L, and is provided at a position facing each opening 4a. The lower mold 11 has a side wall around the bottom surface, and the upper mold 12 can be inserted along the inner surface of the side wall.

下金型１１（又は上金型１２）には、樹脂の注入口１１ｂが設けられているが、注入口１１ｂは複数設けてもよい。また、成型時の樹脂の流れを良好にするために、樹脂の小排出口を１箇所以上に設けてもよい。 The lower mold 11 (or the upper mold 12) is provided with a resin injection port 11b, but a plurality of injection ports 11b may be provided. Moreover, in order to improve the flow of the resin at the time of molding, one or more small resin outlets may be provided.

更に、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂを、成形後に樹脂成形体６から露出させるために、下金型１１の側壁は分割構造になっている（図示省略）。積層物Ｌを成形型１０内に配置する際に、下金型１１の側壁に設けた矩形の切欠き部に、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂが位置決めされ、その突出部４ｂ，５ｂを型部材が押さえる構造になっている。これにより、突出部４ｂ，５ｂを樹脂成形体６から露出させることができる。 Further, in order to expose the protruding portions 4b and 5b of the first metal layer 4 and the second metal layer 5 from the resin molded body 6 after molding, the side wall of the lower mold 11 has a divided structure (not shown). . When the laminate L is placed in the mold 10, the protrusions 4 b and 5 b of the first metal layer 4 and the second metal layer 5 are positioned in the rectangular notch provided on the side wall of the lower mold 11. The projecting portions 4b and 5b are structured to be pressed by the mold member. Thereby, protrusion part 4b, 5b can be exposed from the resin molding 6. FIG.

次に、例えば、図３（ｂ）に示すように、積層物Ｌの複数を下金型１１の底面に配置する。その際、各々の単位セルＣの形成領域の底面に形成された凸部１１ａの上面が、各々の積層物Ｌの第１金属層４の開孔４ａを閉塞可能な位置に配置する。 Next, for example, as shown in FIG. 3B, a plurality of laminates L are arranged on the bottom surface of the lower mold 11. In that case, the upper surface of the convex part 11a formed in the bottom face of the formation area of each unit cell C arrange | positions in the position which can block | close the opening 4a of the 1st metal layer 4 of each laminated body L. FIG.

本発明では、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第２導電層とを接続部Ｊにより電気的に接続した状態で成形型１０内に配置する。本実施形態では、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層（金属層４）と、他方の第２導電層（金属層５）と、接続部Ｊとが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示す。 In this invention, it arrange | positions in the shaping | molding die 10 in the state which electrically connected one 1st conductive layer and the other 2nd conductive layer of the adjacent laminated body L by the connection part J. FIG. In the present embodiment, one of the first conductive layers (metal layer 4), the other second conductive layer (metal layer 5) of the adjacent laminate L, and the connection portion J are formed of a continuous metal plate. An example in which layers are formed is shown.

積層物Ｌを配置する際には、各層の一部又は全部が一体化されていてもよく、一体化されていなくてもよい。また、一部が一体化されていない場合、各層を別々に配置しても、同時に配置してもよい。配置する積層物Ｌの構成は、前述の通りであるが、配置を行う際に、最終的な樹脂成形体６の形状の一部を予め成形した予備成形体を用いて、この予備成形体を積層物Ｌと共に成形型１０内に配置することも可能である（例えば図４参照）。 When arranging the laminate L, some or all of each layer may be integrated or may not be integrated. Moreover, when a part is not integrated, each layer may be arrange | positioned separately or may be arrange | positioned simultaneously. The configuration of the laminate L to be arranged is as described above. When the arrangement is performed, this preformed body is used by using a preformed body in which a part of the shape of the final resin molded body 6 is molded in advance. It is also possible to arrange in the mold 10 together with the laminate L (see, for example, FIG. 4).

次に、例えば、図３（ｃ）に示すように、下金型１１の側壁の内面に沿って上金型１２を挿入するが、上金型１２の各々の単位セルＣを形成する領域の下面には、凸部１２ａが設けてある。この凸部１２ａは、積層物Ｌの上側の第２金属層５の開孔５ａを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔５ａに対向する位置に設けている。そして、下金型１１の凸部１１ａと上金型１２凸部１２ａとで、金属層４，５を加圧した状態で、積層物Ｌを成形型１０内に配置する。その際、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂが成形型１０の内部空間から外側に配置されるようにしてもよい。 Next, for example, as shown in FIG. 3C, the upper mold 12 is inserted along the inner surface of the side wall of the lower mold 11, and the region of each unit cell C of the upper mold 12 is formed. A convex portion 12a is provided on the lower surface. The convex portion 12a has an upper surface large enough to close the opening 5a of the second metal layer 5 on the upper side of the laminate L and is provided at a position facing each opening 5a. Then, the laminate L is placed in the molding die 10 with the metal layers 4 and 5 being pressed by the convex portion 11 a of the lower mold 11 and the convex portion 12 a of the upper mold 12. At that time, the protrusions 4 b and 5 b of the first metal layer 4 and the second metal layer 5 may be disposed outside the inner space of the mold 10.

その状態で、成形型１０内に樹脂（「樹脂」には樹脂の原料液や未硬化物を含む）を注入するが、露出部（例えば開孔４ａ，５ａ）が凸部１１ａと凸部１２ａによって閉塞されているため、図３（ｄ）に示すように、得られた成形体では第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出する。また、樹脂の注入により、固体高分子電解質層１、電極層２，３、第１金属層４及び第２金属層５を含む積層物Ｌの複数を、インサート形成により一体化することができる。 In this state, a resin (“resin” contains a resin raw material liquid and an uncured product) is injected into the mold 10, but the exposed portions (for example, the openings 4 a and 5 a) have the convex portions 11 a and the convex portions 12 a. Therefore, as shown in FIG. 3D, in the obtained molded body, the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3 are exposed from the opening 6a. Moreover, the injection | pouring of resin can integrate the several of the laminated bodies L containing the solid polymer electrolyte layer 1, the electrode layers 2 and 3, the 1st metal layer 4, and the 2nd metal layer 5 by insert formation.

＜発電セルの別実施形態＞
（１）前述の実施形態では、直列接続した複数の単位セルにより発電セルを構成する例を示したが、本発明では、単数の単位セルにより発電セルを構成してもよい。また、複数の単位セルを並列に接続してもよい。 <Another embodiment of the power generation cell>
(1) In the above-described embodiment, an example in which a power generation cell is configured by a plurality of unit cells connected in series has been described. However, in the present invention, a power generation cell may be configured by a single unit cell. A plurality of unit cells may be connected in parallel.

（２）前述の実施形態では、固体高分子電解質層１、電極層２，３、第１金属層４及び第２金属層５をインサート形成により一体化して単位セルＣを形成する例を示したが、第１金属層４と第２金属層５とをより面積の広いものにして、絶縁材を介在させつつ両者の周囲部分をカシメにより封止した構造の単位セルＣを用いてもよい。このようなカシメ構造の単位セルＣについては、例えば、国際公開公報ＷＯ２００５／０５０７６６号公報に開示されており、カシメ封止を行うための製造方法及び製造設備については、例えば、特開２００６−８６０４１号公報に開示される技術を用いることができる。 (2) In the above-described embodiment, an example in which the unit cell C is formed by integrating the solid polymer electrolyte layer 1, the electrode layers 2 and 3, the first metal layer 4 and the second metal layer 5 by insert formation has been shown. However, the unit cell C having a structure in which the first metal layer 4 and the second metal layer 5 have a larger area, and the peripheral portions of both are sealed by caulking while interposing an insulating material may be used. Such a unit cell C having a crimped structure is disclosed in, for example, International Publication No. WO2005 / 050766, and a manufacturing method and a manufacturing facility for performing crimping sealing are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-86041. The technique disclosed in the Japanese Patent Publication can be used.

このようなカシメ構造の単位セルＣは、必要によりその複数を電気的に接続した後に、インサート形成等により、セル保持体と一体化されて、板状の発電セルを形成することができる。板状の発電セルは、図２に示すものと同様にして本発明に使用することができる。 The unit cells C having such a caulking structure can be integrated with a cell holder by insert formation or the like after electrically connecting a plurality of the unit cells C as necessary to form a plate-shaped power generation cell. The plate-shaped power generation cell can be used in the present invention in the same manner as shown in FIG.

＜アンモニア除去剤について＞
本発明では、水素発生剤３２より発生した水素ガスから、不純物であるアンモニアを除去するために、内部空間ＩＳにアンモニア除去剤を設けてもよい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤を包装された水素発生剤３２と重ねて配置することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。 <About ammonia remover>
In the present invention, an ammonia removing agent may be provided in the internal space IS in order to remove ammonia as an impurity from the hydrogen gas generated from the hydrogen generating agent 32. Specifically, a sheet-like ammonia removing agent can be disposed so as to overlap with the packaged hydrogen generating agent 32. Such an ammonia removing agent is commercially available in the form of a sheet, but it is also possible to use one in which a granular adsorbent or the like is contained in a breathable bag.

アンモニア除去剤としては、例えば、水素中のアンモニアを吸着除去する吸着剤（吸着・分解や反応吸着などの化学吸着を含む）、アンモニアを溶解除去する吸収剤、アンモニアを反応により除去する反応剤、アンモニアを分解（加熱分解・触媒反応分解等）により除去する分解手段、などが挙げられるが、アンモニアを物理吸着又は化学吸着により除去する吸着剤を備えることが好ましい。 As the ammonia removing agent, for example, an adsorbent that adsorbs and removes ammonia in hydrogen (including chemical adsorption such as adsorption / decomposition and reaction adsorption), an absorbent that dissolves and removes ammonia, a reactant that removes ammonia by reaction, Examples include decomposition means for removing ammonia by decomposition (thermal decomposition, catalytic reaction decomposition, etc.), and it is preferable to provide an adsorbent that removes ammonia by physical adsorption or chemical adsorption.

＜回路構成など＞
本発明の燃料電池は、更に昇圧や電流制御のための電子回路を設けてもよい。例えば、各発電セルＣによる出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路に相当）により所定の電圧にまで昇圧するのが好ましい。回路部には、安定化回路などが備えられており、適切な出力電圧や出力電流を供給できるように制御がなされる。更に、コンバータの下流側に付加される回路部を介して、電源供給端子から外部機器、携帯電話などに電源供給がされる。 <Circuit configuration>
The fuel cell of the present invention may further include an electronic circuit for boosting and current control. For example, the output voltage from each power generation cell C is preferably boosted to a predetermined voltage by a DC-DC converter (corresponding to a booster circuit). The circuit unit is provided with a stabilization circuit and the like, and is controlled so that an appropriate output voltage and output current can be supplied. Further, power is supplied from the power supply terminal to an external device, a mobile phone, or the like via a circuit unit added on the downstream side of the converter.

＜作用＞
本発明の燃料電池の作用について、前述の実施形態に基づいて説明する。まず、仕切部材３５ａにより開閉機構３５が閉じた状態で、貯水部３３に水を供給した後、ツマミ３５ｂを回して仕切部材３５ａを回転させて開閉機構３５を開けた状態とする。これにより、貯水部３３から生じた水蒸気が、内部空間ＩＳの全体に拡散して行き、疎水性多孔質膜３４ａを介して水素発生剤３２に水蒸気が供給される。水蒸気と水素発生剤３２の反応により水素ガスが発生し、その水素ガスが疎水性多孔質膜３４ａを介して内部空間ＩＳに放出される。この水素ガスが、発電セルＦＣの一方の表面から供給され、他方の表面から空気中の酸素が供給されるため、各々の電極で電極反応が生じて発電を行うことができる。発電は、水蒸気の発生が終了するか、水素発生剤が消費されるまで継続して終了する。 <Action>
The operation of the fuel cell of the present invention will be described based on the above-described embodiment. First, in a state where the opening / closing mechanism 35 is closed by the partition member 35a, water is supplied to the water storage section 33, and then the knob 35b is turned to rotate the partition member 35a to open the opening / closing mechanism 35. Thereby, the water vapor generated from the water storage part 33 diffuses throughout the internal space IS, and the water vapor is supplied to the hydrogen generating agent 32 via the hydrophobic porous membrane 34a. Hydrogen gas is generated by the reaction of the water vapor and the hydrogen generating agent 32, and the hydrogen gas is released into the internal space IS through the hydrophobic porous membrane 34a. Since this hydrogen gas is supplied from one surface of the power generation cell FC and oxygen in the air is supplied from the other surface, an electrode reaction occurs at each electrode, and power generation can be performed. The power generation continues until the generation of water vapor ends or the hydrogen generating agent is consumed.

本発明の燃料電池の一例を示す図であり、（ａ）平面図、（ｂ）は正面視断面図It is a figure which shows an example of the fuel cell of this invention, (a) Top view, (b) is front view sectional drawing. 本発明における発電セルの一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ矢視断面図、（ｃ）はそのＩＩ−ＩＩ矢視断面図It is a figure which shows an example of the power generation cell in this invention, (a) is a top view, (b) is the II arrow sectional drawing, (c) is the II-II arrow sectional drawing. 本発明の燃料電池の製造方法の一例を示す正面視断面図Front view sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the fuel cell of this invention 本発明の燃料電池の他の例を示す正面視断面図Front view sectional drawing which shows the other example of the fuel cell of this invention

符号の説明Explanation of symbols

１固体高分子電解質層
２第１電極層
３第２電極層
４第１金属層（第１導電層）
４ａ開孔（露出部）
５第２金属層（第２導電層）
５ａ開孔（露出部）
６樹脂成形体
６ａ開孔
７予備成形体
７ａ開孔
１０成形型
１１ａ凸部
１２ａ凸部
３１内部空間形成部材
３２水素発生剤
３３貯水部
３４包装材
３４ａ疎水性多孔質膜
３５開閉機構
ＦＣ発電セル
ＩＳ内部空間
Ｃ単位セル
Ｌ積層物
Ｊ接続部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte layer 2 1st electrode layer 3 2nd electrode layer 4 1st metal layer (1st conductive layer)
4a Opening (exposed part)
5 Second metal layer (second conductive layer)
5a Opening (exposed part)
6 Resin molded body 6a Open hole 7 Preliminary molded body 7a Open hole 10 Mold 11a Convex part 12a Convex part 31 Internal space forming member 32 Hydrogen generating agent 33 Water storage part 34 Packaging material 34a Hydrophobic porous membrane 35 Opening / closing mechanism FC Power generation cell IS Internal space C Unit cell L Laminate J Connection

Claims

一方の表面から水素が供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう発電セルと、
その発電セルの前記一方の表面に対向する内部空間を形成する内部空間形成部材と、
その内部空間の一部に配置され、水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤と、
前記内部空間の残部に設けられ、水を溜める貯水部と、
前記水素発生剤を包囲し、少なくとも一部が疎水性多孔質膜で形成されている包装材と、
を備える燃料電池。 A power generation cell that generates power by supplying hydrogen from one surface and oxygen from the other surface;
An internal space forming member that forms an internal space facing the one surface of the power generation cell;
A hydrogen generating agent that is arranged in a part of the internal space and generates hydrogen by reacting with water vapor;
A water storage part that is provided in the remaining part of the internal space and stores water;
A packaging material surrounding the hydrogen generating agent and having at least a part formed of a hydrophobic porous membrane;
A fuel cell comprising:

前記貯水部と前記包装材との間には間隙を有しており、前記貯水部とは間隙を開けて、外部から仕切部材を開閉できる開閉機構を設けてある請求項１に記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein a gap is provided between the water storage section and the packaging material, and an opening / closing mechanism is provided to open and close the partition member from the outside by opening a gap with the water storage section. .

前記水素発生剤は、水素化金属化合物を樹脂で包埋したものである請求項１又は２に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen generator is a metal hydride compound embedded in a resin.

前記貯水部は、保水材により水を保持するものである請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the water storage section holds water by a water retention material.