KR20050014687A - 연료전지용 용기, 연료전지 및 전자기기 - Google Patents

연료전지용 용기, 연료전지 및 전자기기

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KR20050014687A
KR20050014687A KR1020040059093A KR20040059093A KR20050014687A KR 20050014687 A KR20050014687 A KR 20050014687A KR 1020040059093 A KR1020040059093 A KR 1020040059093A KR 20040059093 A KR20040059093 A KR 20040059093A KR 20050014687 A KR20050014687 A KR 20050014687A
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Abstract

연료전지용 용기는, 제1 및 제2 전극을 가진 전해질부재를 수용하는 오목부를 갖는 기체와 오목부의 저면에서 기체의 외면에 걸쳐 형성된 제1 유체유로와, 일단이 오목부의 저면에 설치되고, 타단이 기체의 외면으로 도출된 제1 배선도체와, 기체의 오목부의 주위의 상면에 장착되는 덮개체와, 덮개체의 하면에서 외면에 걸쳐 형성된 제2 유체유로와, 일단이 덮개체의 하면에 설치되고, 타단이 덮개체의 외면으로 도출된 제2 배선도체를 구비하고, 제1 전극과 기체의 접촉부 또는 제2 전극과 덮개체의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈이 형성되어 있다.

Description

연료전지용 용기, 연료전지 및 전자기기{FUEL CELL CONTAINER, FUEL CELL AND ELECTRONIC EQUIPMENT}
본 발명은, 전해질부재를 수용가능한 세라믹으로 이루어진 소형이며 고신뢰성의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지와 전자기기에 관한 것이다.
최근, 지금까지보다 저온에서 동작하는 소형 연료전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 연료전지에는, 이것에 이용하는 전해질의 종류에 따라, 고체고분자전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Fuel Cell :이하, PEFC로 표기)나 인산형 연료전지, 혹은 고체전해질형 연료전지라는 것이 알려져 있다.
그 중에서도 PEFC는, 작동온도가 80~100℃ 정도라는 저온이며,
(1) 출력밀도가 높고, 소형화, 경량화가 가능하다.
(2) 전해질이 부식성이 아니며, 또한 작동온도가 낮기 때문에, 내식성의 면에서 전지구성재료의 제약이 적기 때문에 비용 저감이 용이하다.
(3) 상온에서 기동할 수 있기 때문에, 기동시간이 짧다.
라는 뛰어난 특징을 갖고 있다. 이 때문에 PEFC는 이상과 같은 특징을 살려, 차량용의 구동전원이나 가정용의 폐열발전시스템 등에의 적용뿐만 아니라, 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북, 디지털카메라 및 비디오카메라 등의 출력이 수W ~ 수십W의 휴대전자 기기용의 전원으로서 용도가 생각되어 지고 있다.
PEFC는 예를 들면, 백금이나, 백금-루테늄 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극으로 이루어진 연료극(캐소드)과, 백금 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극으로 이루어진 공기극(애노드)과, 연료극과 공기극 사이에 장치된 필름상의 전해질부재(이하, 전해질부재라고 표기)를 갖고 구성되어 있다. 여기서, 연료극에는 개질부를 통하여 추출된 수소가스(H2)가 공급되고, 한편 공기극에는 대기중의 수소가스(O2)가 공급되는 것에 의해, 전기화학반응에 의해 소정의 전기 에너지가 생성(발전)되어, 부하에 대한 구동전원(전압/전류)이 되는 전기 에너지가 생성된다.
구체적으로는 연료극에 수소가스(H2)가 공급되면, 다음의 화학반응식(1)에나타냈듯이, 상기 촉매에 의해 전자(e-)가 분리된 수소이온(프로톤:H+)이 발생하고, 전해질부재를 통하여 공기극 측에 통과함과 아울러, 연료극을 구성하는 탄소전극에 의해 전자(e-)가 빠져나와 부하에 공급된다.
3H2→6H++ 6e-… (1)
한편, 공기극에 공기가 공급되면, 다음의 화학반응식(2)에 나타냈듯이, 상기 촉매에 의한 부하를 경유한 전자(e-)와 전해질부재를 통과한 수소이온(H+)과 공기중의 산소가스(O2) 등이 반응하여 물(H2O)이 생성된다.
6H++ 3/2O2+ 6e-→ 3H2O … (2)
이와 같은 일련의 전기화학반응(식(1) 및 식(2))은, 대략 80 ~100 ℃의 비교적 저온의 온도조건에서 진행하고, 전력 이외의 부생성물은 기본적으로 물(H2O)만이 생성된다.
전해질부재를 구성하는 이온도전막(교환막)은, 술폰산기를 가진 폴리스티렌계의 양이온교환막, 플루오로카본술폰산과 폴리비닐리덴플루오화물의 혼합막, 플루오로카본매트릭스에 트리플루오로에틸렌을 그래프트화한 것 등이 알려져 있고, 최근에는 퍼플루오로카본술폰산막(예를 들면, 상품명 「나피온」듀폰사 제품) 등이 이용되어지고 있다.
도5에 종래의 연료전지(PEFC)의 구성을 단면도로 나타낸다. 동도에 있어서,도면부호 21은 PEFC, 23은 전해질부재, 24 및 25는 전해질부재를 끼우도록 전해질부재(23) 상에 배치되어, 가스확산층 및 촉매층으로서의 기능을 가진 한쌍의 다공질전극, 즉 연료극 및 공기극이며, 26은 가스세퍼레이터, 28은 연료유로, 29는 공기유로이다.
가스세퍼레이터(26)는, 가스세퍼레이터(26)의 외형을 형성하는 적층부 및 가스유출입 프레임과 연료유로(28)와 공기유로(29)를 분리하는 세퍼레이터부와 이 세퍼레이터부를 관통하도록 설치된, 전해질부재(23)의 연료극(24) 및 공기극(25)에 대응하도록 배치된 전극으로 구성되어 있다. 전해질부재(23)의 연료극(24), 공기극(25)이 전기적으로 직렬 및/ 또는 병렬로 연속되도록 가스세퍼레이터(26)를 통하여 다수적층하여 전지의 최소단위인 연료전지스택으로 하고, 이 연료전지스택을 케이스에 수납한 것이 일반적인 PEFC 본체이다.
가스세퍼레이터(26)에 형성된 연료유로(28)를 통하여 연료극(24)에는 개질기에서 수증기를 포함한 연료가스(수소가 풍부한 가스)가 공급되고, 또 공기극(25)에는 공기유로(29)를 통과하여 대기중에서 산화제가스로서 공기가 공급되어, 전해질부재(23)에서의 화학반응에 의해 발전된다.
관련기술로서, 일본 특허 공개 2001-266910호 공보 및 일본 특허 공표 2001-507501호 공보가 있다.
그러나, 이러한 고전압, 고용량의 전지로서 종래부터 제안되어 개발되고 있는 연료전지(21)는, 스택구조를 가진 구성요소가 대면적화된 대중량의 대형 전지이며, 소형 전지로서의 연료전지의 이용은 종래는 거의 생각되지도 않았다.
즉, 이러한 연료전지(21)에 있어서 종래의 가스세퍼레이터(26)에는, 이것을 이용하여 전해질부재(23)를 적층한 적층체에 있어서, 전해질부재(23)의 측면이 외부로 노출되어 있는 것에 의해, 휴대시의 낙하 등에 의한 손상을 받기 쉽고, 연료전지(21) 전체의 기계적 신뢰성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.
또, 휴대전자기기에 연료전지(21)를 탑재하기 위해서는 종래의 대형연료와는 다른 콤팩트성, 간편성, 안전성이 뛰어난 연료전지용 용기가 필요하게 된다. 즉, 범용의 화학전지 같은 포터블전원으로서 적용하기 위해서는, 작동온도까지의 온도상승을 단시간화하기 위해, 또한 열용량을 작게하기 위해, 연료전지용 용기를 소형화, 저배화할 필요가 있다. 하지만, 종래의 연료전지(21)에는, 열용량의 배율의 대부분을 차지하는 가스세퍼레이터(26)는, 특히 카본판의 표면에 절삭가공으로 유로형성되는 가스세퍼레이터(26)의 경우 등, 박육화하면 위험해지기 때문에, 수㎜의 두께가 필요하다. 이 때문에, 소형화, 저배화가 곤란하다는 문제점이 있다.
또한, 연료전지(21)의 출력전압은, 전해질부재(23)의 앞뒷면의 각 전극(24, 25)에 공급되는 가스의 분압에 의해 정해진다. 즉, 전해질부재(23)에 공급된 연료가스가 가스유로(28)를 거쳐 발전반응에 있어서 소비되면, 연료극(24)의 면상의 연료가스의 분압이 내려가서 출력전압이 내려간다. 이와 같이, 공기도 공기유로(29)를 거쳐 소비되면, 공기극(25)의 면상의 산소의 분압이 내려가서 출력전압이 내려간다. 따라서 연료가스를 균등하게 공급할 필요가 있지만, 종래의 연료전지(21)의 가스세퍼레이터(26)는, 카본판의 표면에 절삭가공에 의해 유로를 형성하고 있기 때문에, 박형화되었을 때에는 유로의 홈이 좁아지기 때문에, 유로저항이 커져, 균일한 가스 공급이 곤란하다는 문제점도 있다.
또, 복수의 전해질부재(23)와 그 대향하는 연료극(24), 공기극(25)과 가스세퍼레이터(26)의 조합이 임의로 효율이 좋게 직렬접속 또는 병렬접속되어, 전체의 출력전압 및 출력전류가 조정되도록 할 필요가 있다. 하지만, 종래의 연료전지(21)에서는, 전해질부재(23)를 사이에 둔 연료극(24) 및 공기극(25)에서 전기를 빼내기위해서는, 외부에 인출접속하는 방법이나, 혹은 가스세퍼레이터(26)를 전도성 재료로서 겹쳐서 직렬접속하는 방법 밖에 없고, 소형 연료전지에 있어서는 그것이 곤란하다는 문제점도 있다.
또, 전해질부재(23)에 있어서 전기화학반응에 의해 생성된 물(H2O)이 공기유로(29)를 막아 버리기 때문에, 공기극(25)에 공기유로(29)를 통하여 대기중에서 산화제가스로서 공기가 공급되기 어려워지며, 전해질부재(23)에서의 전기화학반응이 저해되기 때문에 발전효율이 떨어져 버린다는 문제점도 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 완성된 것이며, 그 목적은, 전해질부재를 수납가능한 소형이며, 견뢰한 연료전지용 용기이고, 또 가스의 균등공급, 연료전지용기 내의 온도구배의 균일화, 고효율적인 전기접속을 행할 수 있는 신뢰성 있는 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지와 전자기기를 제공하는 것에 있다.
도1은, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도2는, 도1의 연료전지용 용기에 있어서 주요부의 확대도이다.
도3은, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 다 른 형태를 나타낸 단면도이다.
도4는, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 또 다른 형태를 나타낸 단면도이다.
도5는, 종래의 연료전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재를 수용하는 오목부를 한쪽면에 갖는 세라믹으로 이루어진 기체와,
상기 전해질부재의 상기 한쪽 주면에 대향하는 상기 오목부의 저면에서 상기 기체의 외면에 걸쳐 형성된 제1 유체유로와,
일단이 상기 전해질부재의 상기 제1 전극에 대향하는 상기 오목부의 저면에 설치되고, 타단이 상기 기체의 외면으로 도출된 제1 배선도체와,
상기 기체의 상기 오목부 주위의 한쪽면에 상기 오목부를 덮어 장착되는, 상기 오목부를 기밀하게 밀봉하는 덮개체와,
상기 전해질부재의 상기 다른쪽 주면에 대향하는 상기 덮개체의 한쪽면에서 상기 덮개체의 외면에 걸쳐 형성된 제2 유체유로와,
일단이 상기 전해질부재의 상기 제2 전극에 대향하는 상기 덮개체의 한쪽면에 설치되고, 타단이 상기 덮개체의 외면으로 도출된 제2 배선유체를 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 기체의 접촉부 및 상기 제2 전극과 상기 덮개체의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기이다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 유체유로 및 제2 유체유로 중, 적어도 한쪽 내벽에 흡습재가 피착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는, 굽힘 강도가 200MPa이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 상대밀도가 90% 이상의 산화알루미늄질 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 두께가 0.2 ~ 5㎜인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 상기 제1 배선도체는, 상기 기체의 오목부의 저면으로부터 10㎛이상 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 배선도체는 상기 덮개체의 한쪽면으로부터 10㎛이상 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 홈은 깊이가 50~ 100㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 홈은, 상기 제1 유체유로 및 제2 유체유로에 노출되지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재와,
상기 연료전지용 용기를 포함하고,
상기 연료전지용 용기의 오목부에 상기 전해질부재를 수용하여, 상기 전해질부재의 상기 한쪽 및 다른쪽 주면을, 상기 한쪽 주면과 상기 제1 유체유로 사이에서 그리고 상기 다른쪽 주면과 상기 제2 유체유로 사이에서, 각각의 유체가 교환 가능하도록 배치함과 아울러, 상기 제1 전극을 상기 제1 배선도체에 전기적으로 접속하고, 상기 제2 전극을 상기 제2 배선도체에 전기적으로 접속하고, 상기 기체의 상기 오목부의 주위의 한쪽면에 상기 오목부를 덮어 상기 덮개체를 장착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지이다.
본 발명은, 상기의 연료전지를 전원으로서 사용하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기이다.
본 발명에 따르면, 연료전지용 용기는 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재를 수용하는 오목부를 한쪽면측에 갖는 세라믹으로 이루어지는 기체와, 이 기체의 오목부의 주위의 윗면에 오목부를 덮어 장착되는, 오목부를 기밀하게 밀봉하는 덮개체를 구비하고 있다. 따라서, 연료전지용 용기내를 기밀하게 밀봉함으로써, 기체 등의 유체의 누출이 없고, 이 용기 이외의 팻키지 등의 용기를 설치할 필요가 없기 때문에 효율 좋게 동작시킬 수 있는 연료전지를 얻을 수 있음과 아울러, 소형화에도 유효한 것이 된다. 또 오목부를 윗면에 갖는 세라믹으로 이루어지는 기체와 이 오목부를 밀봉하는 덮개체로 형성되는 케이스내에 전해질부재를 수납하여 연료전지로 하는 것이 가능하기 때문에, 전해질부재가 용기의 외부에 노출되어 손상을 입게 되거나 하지 않고, 연료전지 전체로서의 기계적 신뢰성이 향상된다. 또 오목부 및 덮개체로 구성되는 용기 내부에 일단이 설치된 제1 및 제2 배선도체 외에는 전해질부재 자체에 무용의 전기적 접속을 하지 않아도 되므로, 신뢰성 및 안정성이 높은 연료전지를 얻을 수 있다. 또한, 연료전지용 용기의 구성재료로서 세라믹을 이용한 것에 의해, 각종 가스를 비롯한 유체에 대한 내식성이 뛰어난 연료전지를 얻을 수 있다.
또, 연료전지용 용기는 전해질부재의 한쪽 주면에 대향하는 오목부의 저면에서 기체의 외면에 걸쳐 형성된 제1 유체유로와, 전해질부재의 다른쪽 주면에 대향하는 덮개체의 하면에서 덮개체의 외면에 걸쳐 형성된 제2 유체유로를 구비하고 있다. 따라서 복수의 각각의 유체유로는 전해질부재에 대하여 각각 대향하는 내벽면에 형성되어 있기 때문에, 전해질부재로 공급되는 유체의 균일공급성을 향상시킬 수 있다. 이러한 유체유로에 의하면, 유체가 전해질부재에 대하여 수직으로 흐르기 때문에, 예를 들면 유체가 수소가스와 공기(산소)가스의 경우에, 전해질부재가 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 갖는 제1 및 제2전극에 공급되는 각 가스 분압이 내려가는 일 없이, 소정의 안정된 출력 전압을 얻을 수 있다라는 효과가 있다. 또한, 공급되는 유체의 압력, 예를 들면 가스 분압이 안정되기 때문에, 연료전지용 용기의 내부온도의 분포가 균일화되어, 그 결과 전해질부재에 생기는 열응력을 억제할 수 있고, 연료전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각각의 유체유로는 기체와 덮개체에 형성된다. 따라서 각 유로의 밀폐성이 뛰어나고, 본래는 유로적으로 떨어져 있어야 할 2종류의 원료유체(예를 들면 산소가스와 수소가스 혹은 메탄올 등)가 혼합되어 버리는 것에 의해 연료전지로서의 기능이 발현되지 않게 되거나 하지 않고, 또 가연성의 유체가 고온에서 혼합된 후에 인화, 폭발을 일으킬 위험성도 없기 때문에, 안전한 연료전지를 제공할 수 있다.
그리고 본 발명에 있어서는, 제1 전극과 기체의 접촉부 또는 제2 전극과 덮개체의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈이 형성되어 있기 때문에, 전해질부재의 제2 전극과 제1 배선도체의 접촉면적, 또는 제2 전극과 제2 배선도체의 접촉면적이 증가한다. 이것에 의해, 전해질부재에서 발전된 전류를 연료전지용 용기의 외부에서 빼내기 위한 도전로로서 기능하는 제1 배선도체 또는 제2 배선도체의 전기저항이 내려가 발전효율이 높아진다는 작용효과를 갖는다.
또, 본 발명의 연료전지 용기는, 바람직하게는 제1 유체유로 및 제2 유체유로 중, 적어도 한쪽의 내벽에 흡습재가 피착되어 있다. 따라서, 전해질부재에 있어서 전기화학반응으로 생성된 수증기나 물 등을 흡습재에 의해 흡습하기 때문에, 공기 유로의 막힘을 방지하고, 대기중에서 산화제가스로서의 공기를 효과적으로 공급할 수 있다. 이 때문에 전기반응을 촉진할 수 있으며, 고효율적인 발전을 행할 수 있는 작용효과를 가진다.
본 발명에 따르면, 연료전지는, 상기의 연료전지용 용기의 오목부에 상기 전해질부재를 수용하여, 이 전해질부재의 한쪽 및 다른쪽 주면을, 한쪽 주면과 상기제1 유체유로 사이에서 그리고 다른쪽 주면과 제2 유체유로 사이에서, 각각의 유체가 교환가능하도록 배치함과 아울러, 제1 전극을 제1 배선도체에 전기적으로 접속하고, 제2 전극을 제2 배선도체에 전기적으로 접속하여, 기체의 오목부의 주위의 한쪽면에 오목부를 덮어 덮개체를 부착하여 이루어진다. 따라서 이상과 같은 본발명의 연료전지용 용기에 의한 특징을 구비한 소형이며, 견뢰하고, 가스의 균등공급, 연료전지용 용기내의 온도차의 균일화, 고효율적인 전기접속을 이룰 수 있으며, 신뢰성 있는 연료전지를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 연료전지용 용기 및 연료전지에 따르면, 콤팩트성, 간편성, 안정성이 뛰어나고, 유체의 균등공급, 고효율적인 전기접속에 의해, 장기간에 걸쳐 안정되게 작동시킬 수 있는 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 연료전지를 전자기기의 전원으로서 이용하는 것에 의해, 콤팩트성, 간편성 및 안정성이 뛰어나고, 유체의 균등공급 및 고효율적인 전기접속이 가능하게 되기 때문에, 전자기기를 소형, 저배이며, 또한 장기간에 걸쳐 안정되게 동작시킬 수 있으며 또한, 안정성이나 편리성이 뛰어난 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료전지용 용기 및 연료전지에 대한 것을 첨부도면에 기초하여 이하에 상세하게 설명한다. 도1은, 본 발명의 연료전지용 용기를 이용한 연료전지에 대해서 실시 형태의 일례를 나타낸 단면도이며, 도2는, 도1에 있어서 주요부 확대도이다. 이들 도에 있어서, 도면부호 1은 연료전지, 도면부호 2는 연료전지용 용기, 도면부호 3은 전해질부재, 도면부호 4는 제1전극, 도면부호 5는 제2전극, 도면부호 6은 기체, 도면부호 7은 덮개체, 도면부호 8은 제1 유체유로, 도면부호 9는 제2 유체유로, 도면부호 10은 제1 배선도체, 도면부호 11은 제2 배선도체, 도면부호 12는 홈이다.
또, 도1은 홈(12)이 제2 전극(5)과 덮개체(7)의 각 접촉부에 하나씩 형성된 연료전지를 나타내고, 도2는 홈(12)이 제2전극(5)과 덮개체(7)의 각 접촉부에 세개씩 형성된 연료전지를 나타낸 것이다.
전해질부재(3)는, 예를 들면, 이온 도전막(교환막)의 양 주면상에, 애노드측 전극이 되는 연료극(도시없음)과, 캐소드측 전극이 되는 공기극(도시없음)이 각각 일체적으로 형성되어 있다. 전해질부재(3)의 한쪽 주면인 하측 주면에는 제1전극(4)이 형성된다. 전해질부재(3)의 다른쪽 주면인 상측 주면에는 제2전극(5)이 형성된다. 그리고 전해질부재(3)에서 발전된 전류를 제1전극, 제2전극으로 흘려, 외부로 빼내는 것이 가능하게 되어 있다.
이러한 전해질부재(3)의 이온도전막(교환막)은, 퍼플루오로카본슬폰산지방, 예를 들면 「나피온」(상품명, 듀폰사 제품) 등의 프로톤전도성 이온교환지방에 의해 구성되어 있다. 또, 연료극 및 공기극은 다공질상태의 가스확산전극이며, 다공질촉매층과 가스확산층의 양쪽의 기능을 겸하여 구비된 것이다. 이들 연료극 및 공기극은 백금, 팔라듐 혹은 이들의 합금 등의 촉매를 담지한 도전성 미립자, 예를 들면 카본미립자를 폴리테트라플루오로에틸렌 같은 소수성 지방결합제에 의해 유지된 다공질체에 의해 구성되어 있다.
전해질부재(3)의 하측 주면의 제1 전극(4)및 상측 주면의 제2 전극(5)은, 백금이나 백금-루테늄 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극을 전해질부재(3) 상에 핫프레스하는 방법, 또는 백금이나 백금-루테늄 등의 촉매미립자가 부착된 탄소전극재료와 전해질재료를 분산한 용액과의 혼합물을 전해질부재(3) 상에 도포 또는 전사하는 방법 등에 의해 형성된다.
연료전지용 용기(2)는, 오목부를 갖는 기체(6)와 덮개체(7)로 구성된다. 연료전지용 용기(2)는, 전해질부재(3)를 오목부의 내부에 탑재하여 기밀하게 밀봉하는 역할을 갖고, 산화알루미늄(Al2O3)질 소결체, 멀라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2)질 소결체, 탄화규소(SiC)질 소결체, 질화알루미늄(AlN)질 소결체, 질화규소(Si3N4)질 소결체, 유리세라믹소결체 등의 세라믹재료로 형성되어 있다.
또, 유리세라믹소결체는 유리성분과 필러성분으로 이루어지지만, 유리 성분으로서는 예를 들면, SiO2- B2O3계, SiO2- B2O3- Al2O3계, SiO2- B2O3- Al2O3- MO계(단, M은 Ca,Sr,Mg,Ba 또는 Zn을 나타냄), SiO2- Al2O3- M1O -M2O계(단, M1및 M2는 동일 또는 다르고 Ca,Sr,Mg,Ba 또는 Zn을 나타냄), SiO2- B2O3- Al2O3- M1O -M2O계(단, M1및 M2는 상기와 같음), SiO2- B2O3- M3 2O계(단, M3는 Li,Na 또는 K를 나타냄), SiO2- B2O3- Al2O3- M3 2O계(단, M3는 상기와 같음), Pb계 유리, Bi계 유리 등을 들 수 있다.
또, 필러성분으로서는 예를 들면, Al2O3, SiO2, ZrO2와 알카리 토류금속산화물과의 복합산화물, TiO2와 알카리 토류금속산화물과의 복합산화물 Al2O3및 SiO2에서 선택되어진 적어도 1종을 함유하는 복합산화물(예를 들면, 스피넬, 멀라이트, 코지라이트) 등을 들 수 있다.
연료전지용 용기(2)는, 오목부를 갖는 기체(6)와 덮개체(7)로 구성되고, 기체(6)의 오목부의 주위에 오목부를 덮어서 덮개체(7)를 장착하는 것에 의해 오목부를 기밀하게 밀봉한다. 이 때문에, 땜납이나 은납 등의 금속접합재료에의한, 접합, 에폭시 등의 수지재료에의한 접합, 오목부의 주위의 상면에 접합금 등으로 만들어진 시일링 등을 접합하여 심웰드(seam weld)나 일렉트론빔(electron beam)이나 레이저 등으로 용접하는 방법 등에 의해서, 덮개체(7)가 기체(6)에 장착된다. 또 덮개체(7)에도 기체(6)와 같은 오목부를 형성해 두어도 좋다.
기체(6) 및 덮개체(7)는, 각각 두께를 얇게 하고, 연료전지(1)의 저배화를가능하게 하기 위해서는, 기계적 강도인 굽힘강도가 200MPa이상인것이 바람직하다.
기체(6) 및 덮개체(7)는, 예를 들면, 상대밀도가 90%이상의 치밀질로 구성된 산화알루미늄질 소결체로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면, 우선 산화알루미늄 분말에 희토류산화물 분말이나 소결조제를 첨가하여 혼합하고, 산화알루미늄질 소결체의 원료분말을 조정한다. 다음으로, 이 산화 알루미늄질 소결체의 원료분말에 유기바인더 및 분산매를 첨가, 혼합하여 페이스트화하고, 이 페이스트에서 닥터블레이드법에 의해, 혹은 원료분말에 유기바인더를 첨가해서, 프레스 성형, 압연성형 등에 의해 소정의 두께의 세라믹 그린시트(이하 그린시트로라고도 함)를 제작한다. 그리고 이 그린시트에 대하여, 금형에 의한 펀칭법, 마이크로 드릴에 의한 천공법, 레이저 광조사에 의한 천공법 등에 의해, 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)로서의 관통구멍과 제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)를 설치하기 위한 관통구멍을 형성한다.
제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)는 산화를 방지하기 위해, 텅스텐/ 또는 몰리브덴으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면 무기성분으로서 텅스텐 및/또는 몰리브덴분말 100질량부에 대하여 Al2O3를 3 ~ 20질량부, Nb2O5를 0.5 ~ 5질량부의 배율로 첨가하여 이루어지는 도체페이스트를 조제한다. 이 도체페이스트를 그린시트의 관통구멍 내에 충전하여 관통도체로서의 비아도체(Via Conductor)를 형성한다.
이들 도체페이스트 중에는, 기체(6)나 덮개체(7)의 세라믹과의 밀착성을 높이기 위해, 산화알루미늄분말이나, 기체(6)나 덮개체(7)를 형성하는 세라믹성분과 동일한 조성물분말을 예를 들면 0.05 ~ 2체적%의 비율로 첨가하는 것도 가능한다.
또 기체(6)나 덮개체(7)의 표층 및 내측에서의 제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)의 형성은 이하와 같다. 관통구멍에의 도체페이스트를 충전하여 비아도체를 형성하는 전후, 혹은 그것과 동시에, 같은 도체페이스트를 그린시트에 대하여 스크린 인쇄, 그라비아인쇄 등의 방법으로 소정의 패턴으로 인쇄 도포하여 형성한다.
그후, 도체페이스트를 인쇄하고 충전한 소정 매수의 시트상 성형체를 위치를 맞춰서 적층압착한 후, 이 그린시트 적층체를 예를 들면, 비산화성 분위기 중에서 소성 최고온고가 1200 ~ 1500℃의 온도에서 소성한다. 이것에 의해 목적으로 하는 세라믹의 기체(6)나 덮개체(7) 및 제1 배선도체(10), 제2 배선도체(11)를 얻는다.
또 세라믹으로 구성된 기체(6)나 덮개체(7)는 그 두께를 0.2mm이상으로 하는 것이 바람직하다. 두께가 0.2mm미만에서는, 강도가 저하되어 버리기 때문에, 기체(6)에 덮개체(7)를 장착했을 때에 발생하는 응력에 의해, 기체(6) 및 덮개체(7)에 갈라짐 등이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 한편, 두께가 5mm를 넘으면, 박형화, 저배화가 곤란해지기 때문에, 소형 휴대기기에 탑재하는 연료전지로서는 부적절하게 되고, 또 열용량이 커지기 때문에, 전해질부재(3)의 전기화학반응 조건에 맞는 적절한 온도로 빠르게 설정하는 것이 곤란해지는 경향이 있다.
제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)는, 각각 전해질부재(3)의 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 전기적으로 접속되어, 전해질부재(3)에서 발전된 전류를 연료전지용 용기(2)의 외부로 빼내기 위한 도전로로서의 기능을 한다.
제1 배선도체(10)는 기체(6)의 오목부의 저면의 전해질부재(3)의 제1 전극(4)에 대향하는 부위에 일단이 설치되고, 타단이 기체(6)의 외면으로 도출되어 형성되어 있다. 이러한 제1 배선도체(10)는, 상기했듯이 기체(6)와 일체적으로 형성되어, 제1 배선도체(10)를 제1 전극(4)에 접촉시키기 쉽도록 기체(6)의 오목부의 저면에서, 10㎛이상 돌출하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 돌출높이를 얻기 위해서는, 상기했듯이 도체페이스트를 인쇄도포하여 형성할 때, 인쇄조건을 두껍게 하도록 설정하면 좋다. 또 제1 배선도체(10)는 제1 전극(4)에 대향시켜 복수배치하고, 제1 배선도체(10)에 의한 전기손실을 감소시키는 것이 바람직하고, 제1 배선도체(10)의 기체(6)의 관통부에 대해서는 50㎛이상의 직경으로 하는 것이 바람직하다.
또, 제2 배선도체(11)는, 덮개체(7)의 한쪽면인 하면의 전해질부재(3)의 제2 전극(5)에 대향하는 부위에 일단이 설치되고, 타단이 덮개체(7)의 외면으로 도출되어 형성되어 있다. 이러한 제2 배선도체(11)도, 제1 배선도체(10)와 같이, 덮개체(7)와 일체적으로 형성되어, 제2 배선도체(11)를 제2 전극(5)에 접촉시키기 쉽도록 덮개체(7)의 저면에서 10㎛이상 돌출하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 돌출높이를 얻기 위해서는 상기했듯이 도체페이스트를 인쇄도포하여 형성할 때 인쇄조건을 두껍게 하도록 설정하면 좋다. 또 제2 배선도체(11)는 제2 전극(5)에 대향시켜 복수배치하고, 제2 배선도체(11)에 의한 전기손실을 감소시키는 것이 바람직하고, 제2 배선도체(11)의 덮개체(7)의 관통부에 대해서는 50㎛이상의 직경으로 하는 것이 바람직하다.
이들 제1 배선도체(10) 및 제2 배선도체(11)에는, 그 노출되는 표면에 니켈로 이루어진 도전성이 양호하고, 내식성 및 납재와의 습윤성이 양호한 금속을 도금법에 의해 피착시켜 두는 것이 좋다. 이것에 의해 제1 배선도체(10)및 제2 배선도체(11)와 제1 배선도체(10), 제2 배선도체(11)및 외부 전기회로와의 전기적 접속을 양호하게 할 수 있다.
그리고, 제1 배선도체(10)와 제1 전극(4)의 전기적 접속 및 제2 배선도체(11)와 제2 전극(5)의 전기적인 접속은, 기체(6)와 덮개체(7)로 전해질부재(3)를 끼워넣는 것에 의해, 제1 배선도체(10)와 제1전극(4) 및 제2 배선도체(11)와 제2 전극(5)을 각각 압착접촉시켜서 전기적 접속시키는 등의 수단에 의해 행하면 좋다.
또 제1 전극(4)에 대향하는 기체(6)의 오목부의 저면에서 기체(6)의 외면에 걸쳐 제1 유체유로(8)가 형성된다. 제2 전극(5)에 대향하는 덮개체(7)의 하면에서 덮개체(7)의 외면에 걸쳐, 제2 유체유로(9)가 형성된다. 이들 제1 및 제2 유체유로(8, 9)는 각각 기체(6) 및 덮개체(7)에 형성된 관통구멍 혹은 홈에 의해 수소가 풍부한 개질가스 등의 연료가스, 또는 공기 등의 산화제가스의 전해질부재(3)로 공급되는 유체의 통로로서 혹은 반응으로 생성되는 물 등의, 반응 후에 전해질부재(3)로부터 배출되는 유체의 유로로서 형성된다.
제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)로서 기체(6) 및 덮개체(7)에 형성되는 관통구멍 혹은 홈은, 전해질부재(3)에 균등하게 연료가스나 산화제가스 등의 유체가 공급되도록, 연료전지(1)의 사양에 따라, 관통구멍의 지름이나 수, 혹은 홈의폭, 깊이, 배치를 정하면 좋다.
본 발명의 연료전지용 용기(2) 및 연료전지(1)에 있어서는, 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)는, 바람직하게는 전해질부재(3)에 균일한 압력으로 유체를 흘리기 위해, 직경 0.1mm이상의 구멍지름으로 하고, 간격을 일정하게 하여 배치하도록 하면 좋다.
이처럼 전해질부재(3)의 제1 전극(4)이 형성된 하측주면에 대향시켜 제1 유체유로(8)를, 제2 전극(5)이 형성된 상측주면에 대향시켜 제2 유로(9)를 형성한 것에 의해, 전해질부재(3)의 하측주면과 제1 유체유로(8) 사이에서, 그리고 상측주면과 제2 유체유로(9) 사이에서 유체가 교환가능하게 되며, 그 유체가 각각의 유로를 통하여 공급 혹은 배출되게 된다. 그리고 예를 들면, 유체로서 가스를 공급하는 경우라면, 전해질부재(3)의 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 각각 공급되는 가스 분압이 내려가는 것을 없앨 수 있으며, 소정의 안정된 출력전압을 얻을 수 있다. 또한, 공급되는 가스 분압이 안정되기 때문에, 연료전지(1)의 내부압력이 균일화되어, 그 결과 전해질부재(3)에 생기는 열응력을 억제할 수 있기 때문에, 연료전지(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 본 발명에 있어서는, 제1 전극(4)과 기체(6)의 접촉부 또는 제2 전극(5)과 덮개체(7)의 접촉부 중, 적어도 한쪽에 홈(12)이 형성되어 있다. 따라서 전해질부재(3)의 제1 전극(4)과 제1 배선도체(10)의 접촉면적, 또는 제2 전극(5)과 제2 배선도체(11)의 접촉면적이 증가한다. 이것에 의해, 전해질부재(3)에서 발전된 전류를 연료전지용 용기의 외부로 빼내기 위한 전도로로서 기능하는 제1 배선도체(10) 또는 제2 배선도체(11)의 전기저항이 내려가 발전효율이 높아진다는 작용효과를 갖는다.
이 홈(12)의 깊이는, 50 ~ 100㎛정도인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)은, 두께 100 ~ 200㎛정도의 탄소전극으로 이루어지기 때문에, 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)의 표면에, 기체(6) 또는 덮개체(7)를 유효하게 접촉시킬 수 있다.
또, 기체(6) 또는 덮개체(7)의 접촉부에 있어서의, 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)의 형상을 메시형상으로 하거나 홈(12)이 되는, 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)의 오목부 또는 볼록부의 형상을 균등하게 배치하거나 하여, 홈(12)이 균등하게 배열되어 있는 것이 바람직하고, 기체(6) 또는 덮개체(7)를 제1 전극(4) 또는 제2 전극(5)에 접촉시켰을 때에, 기체(6)나 덮개체(7)에 국소적으로 부하가 집중하여 기체(6)나 덮개체(7)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
또 홈(12)은, 제1 유체유로(8), 제2 유체유로(9)에 노출되면, 압력손실이 커지기 때문에, 제1 유체유로(8), 제2 유체유로(9)에 노출되지 않고 제1 전극(4)과 기체(6)의 접촉부 또는 제2 전극(5)과 덮개체(7)의 접촉부에만 형성되는 것이 바람직하다.
또 본 발명에 있어서, 바람직하게는 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)의 적어도 한쪽의 내벽에 흡습재가 피착되어 있다. 이것에 의해, 전해질부재(3)에 있어서 전기화학반응으로 생성된 수증기나 물 등이 흡습재에 의해 흡수되어 제거되는 것이 가능하기 때문에, 공기의 유로가 되는 제1 및 제2 유체유로(8, 9)의 폐색을효과적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 전극(4, 5)의 표면이 물(H2O)로 덮여지는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)를 통하여 대기중에서 산화제가스로서 공기를 효과적으로 공급할 수 있다. 따라서 전해질부재(3)에서의 전기화학반응을 촉진할 수 있으며 고효율적인 발전을 행하는 것이 가능하게 된다.
상기 흡습재로서는, 실리카겔, 알루미나, 백토, 활성탄, 종이, 목분 등의 물(H2O)을 흡수하기 쉬운 재료를 이용하면 좋은데, 특히 실리카겔, 알루미나, 백토 등의 무기분말은, 분쇄 등에 의해 분말의 크기를 조정하는 것에 의해 물(H2O)의 흡수면접을 조정하기 쉽기 때문에, 원하는 흡습특성을 얻기 쉬운 점에서 바람직하다.
흡습재를 제1 유체유로(8) 및 제2 유체유로(9)의 내벽에 피착시킬 경우, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)를 통하여 대기중에서 산화제가스로서 공기의 흐름의 균일성을 유지한 후에, 모든 제1 및 제2 유체유로(8, 9)에 흡습재를 피착하는 것이 좋다. 또 흡습재의 두께는, 산화재가스로서의 공기를 공급할 시에 압력손실의 영향을 작게 할 필요가 있기 때문에, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)의 횡단면에서의 개구면적에 대한 10%이하의 면적이 되는 두께가 바람직하다.
또한, 공기의 흐름에 의한 흡습재에서의 수분의 증발을 촉진하기 위해서도, 제1 및 제2 유체유로(8, 9)의 내벽전체에 흡습재를 피착하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 본 발명의 연료전지용 용기(2) 및 연료전지(1)를, 예를 들면, 휴대용 직접형 메탄올 연료전지(DMFC) 등의 소형타입의 것에 사용할 경우, 예를 들면 메탄올 10ml로 수십시간의 운전이 가능하게 됨과 아울러, 그때의 물(H2O)의 생성량으로서도 메탄올 1g의 소비에 대하여 1ml로 미량이 된다. 그 때문에, 흡습재가 흡수한 물(H2O)은 팬을 이용한 송풍에 의해 충분히 증발되는 것이 가능한 수분량이 되며, 연속운전에 지장이 없는 것이 된다.
이상의 구성에 의해, 도1에 나타낸 것과 같은, 전해질부재(3)를 수납가능한, 소형이며 견뢰한 연료전지용 용기(2)를 얻을 수 있고, 고효율억제가 가능한 본 발명의 연료전지(1)를 얻을 수 있다.
또 본 발명의 연료전지(1)를 전자기기의 전원으로서 이용하는 것에 의해, 콤팩트성, 간편성 및 안전성이 뛰어나고, 유체의 균등공급 및 고효율적인 전기접속이 가능하게 되기 때문에, 전자기기의 소형, 저배이며 또한 장기간에 걸쳐 안정되게 작동시킬수 있으며, 더욱이 안전성이나 편리성이 뛰어난 것으로 할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 연료전지(1)가 전원으로서 이용되어지는 것으로서는, 구체적으로는 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistants), 디지털카메라나 비디오카메라, 게임기 등의 완구 등의 휴대형 전자기기, 또는 노트형 PC(퍼스널 컴퓨터)를 비롯한 포터블 프린터, 팩스, 텔레비전, 통신기기, 오디오비디오기기, 선풍기 등의 각종 가전제품, 전동공구 등의 전자기기가 있다.
이들 전자기기는 최근, 액정표시장치 등을 이용한 동화표시의 기능을 첨가한 것이 사용되어지도록 되어오고 있다. 이러한 동화표시는 전원의 소비가 매우 크기 때문에, 종래의 축전지를 이용한 전자기기에서는 단시간에 동작이 불가능하게 되는것에 대하여, 본 발명의 전자기기는 매우 장시간의 전원을 공급할 수 있는 연료전지를 탑재하고 있으며, 동화표시를 하여도 장시간의 동작이 가능해진다.
예를 들면, 휴대전화의 경우, 중앙처리장치(CPU)와, 제어부와, 랜덤엑세스 메모리(RAM)와 리드온메모리(ROM)와, 사용자에 의해 조작된 데이터를 CPU에 입력하는 입력부와, 안테나, 안테나로 수신된 신호를 복조하여 제어부에 공급함과 아울러, 제어부에서 공급된 신호를 변조하여 안테나로부터 송신시키는 무선부와, 제어부에서의 명동신호에 근거하여 명음하는 스피커와 제어부에서의 제어에 의한 점등, 소등 혹은 점멸하는 발광다이오드(LED)와 제어부에서 신호에 의한 정보의 표시를 행하는 표시부와, 제어부에서의 구동신호에 의해 진동하는 바이브레이터와, 사용자의 음성을 음성신호로 변환하여 제어부로 전달하고, 제어부에서의 음성신호는 음성으로 변환하여 출력하는 송신화부와, 각 부에 전원을 공급하는 전원부로 구성되어 있고, 그 전원부에 본 발명의 연료전지가 조립되어진 것에 의해 연료전지가 콤팩트성, 간편성 및 안전성이 뛰어나고, 연료의 균등공급 및 고효율적인 전기접속에 의해 장시간의 전원 공급이 가능해진다는 점에서, 휴대전화의 소형, 저배화 및 경량화가 가능하게 된다.
또, 최근의 휴대전화가 소형화, 저배화의 면에서는 충분한 것을 고려하면, 이러한 연료전지를 소형, 저배화하는 것에 의해 생긴 스페이스에, 예를 들면 카메라나 비디오 등의 전화기능 이외의 기능을 갖는 전자부품을 새롭게 조립한 것이 가능하게 되며, 한층더 다기능화를 행할 수 있다.
또, 새롭게 전자부품을 조립하는 대신에, 충격흡수재나 방지부재 등을 주요한 전자회로를 보호하도록 하여 설계하는 것도 가능하다. 이 경우, 낙하 등에 의해 휴대전화 본체에 충격이 가해졌을 때의 내충격성이나, 우천 중 사용하는 등의 때에 방수성을 종래보다 강하고 견고하게 할 수 있는 구조로 하는 것도 가능하다.
또, 휴대전화 본체 내부의 전기회로부를 작게 하는 것이 가능하게 되는 것에 의해, 휴대전화 본체의 외형으로의 제약이 적어져, 예를 들면, 휴대전화를 노인이나 어린이에게 쥐기 쉬운 형상으로 하는 것 등의 의장성이 뛰어난 외형상을 형성하는 것도 가능하다.
또 전원부의 구조를 상기했듯이 연료전지가 착탈이 가능한 구조로 한 경우에는, 예비의 연료전지를 준비해 두면, 전지가 다 닳아졌을 때 등이 발생한 경우에 용이하게 예비연료전지로 교환, 혹은 연료전지를 빼내어, 연료의 보급이나 교환을 할 수 있기 때문에, 계속하여 통화 등을 할 수 있고, 종래의 축전지를 전원으로서 사용하는 것 등에 비하여 편리성이 뛰어난 것이 된다.
또, 교환된(사용이 끝난) 연료전지는, 연료를 보급하는 것에 의해 곧바로 재사용할 수 있기 때문에, 충전에 비하여 사용하기 편리하고, 또 자원을 유효하게 이용하는 것도 가능해진다. 또 자연재해 등에 의해 장기간에 걸쳐 정전 등의 긴급시나 야외에 있어서도 사용이 가능하다라는 이점이 있다.
또, 노트형 PC(퍼스널 컴퓨터)의 경우, 퍼스널컴퓨터 본체와, 퍼스널컴퓨터 본체에 소정 데이터를 입력하기 위한 키보드를 수납한 제1 케이스와, 키보드에 의해 입력된 데이터 혹은 퍼스널컴퓨터 본체에 의해 처리된 데이터를 표시하기 위한 디스플레이를 수납한 제2 케이스를 구비하고, 제2 케이스가 제1 케이스에 개폐가능하게 부착되어 있고, 또한 각 부에 전원을 공급하는 전원부를 제1 케이스에 구성한다는 기본구성으로 되어 있고, 그 전원부에 연료전지가 조립된다. 이 경우 상기의 휴대전화와 같이, 본 발명의 전자기기에 조립된 연료전지가 콤팩트성, 간편성 및 안정성이 뛰어나고, 연료의 균등공급 및 고효율적인 전기 접속에 의한 장시간의 전원공급이 가능하게 된다. 따라서 노트형 PC(퍼스널컴퓨터) 본체의 소형, 저배화, 경량화 및 다기능화가 가능하게 됨과 아울러, 디스플레이의 대형화나 고해상도화에 대응하여, 대량의 전류를 안정되고, 장기간에 걸쳐 공급하는 것도 가능하며, 디스플레이가 보기 쉽고, 또한 휴대시의 중량이나 용적상의 부담도 적다는 등의 편리성이 높은 노트형 PC(퍼스널 컴퓨터)로 하는 것이 가능하다.
또, 전원부의 구조를 연료전지가 착탈가능한 구조로 한 경우에는, 예비의 본 발명의 연료전지를 준비해 두면, 옥외나 여객기 등의 이동체내 등의 2차 전지만으로 사용한다는 상황에 있어서, 종래에 비해 비약적으로 장시간의 전원공급이 가능하게 된다는 이점이 있다. 또 이처럼 공공의 장소에서 사용할 경우에도, 안전성이 뛰어나다는 점에서, 제약을 받지 않고 사용하는 것이 가능한 극히 편리성이 뛰어난 것이 된다.
또한, 본 발명은 이상의 실시 형태의 예에 한정된 것만 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위내라면, 다양한 변경을 행하여도 아무런 지장도 없다. 예를 들면, 제1 유체유로나 제2 유체유로에 대해서는 연료전지 전체를 박형화하기 위해서, 기체 또는 덮개체의 측면으로부터의 유입구를 형성하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 특히 휴대전화기 용기로서 소형화를 꾀하는데 있어서 유효해진다. 또한,제1 및 제2 배선도체에 대해서는, 기체 및 덮개체의 외면으로 도출된 타단은, 각각 같은 측의 측면으로 빠지도록 설치해도 좋다. 이렇게 하면, 연료전지의 한쪽측면에 배선이나 유로 등을 정리할 수 있으며, 소형화와 외부로의 접합부의 보호 등이 용이해지고, 신뢰성이 높은 설계가 가능하게 됨과 아울러, 장기간 안정된 동작이 가능한 연료전지가 된다.
또, 기체의 오목부의 내부에는, 복수의 전해질부재를 수용하여 이들을 제1 및 제2 배선도체에 의해 전기적으로 접속하여 전체적으로 고전압 혹은 대전류의 출력을 얻도록 해도 좋다.
도3은, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 다른 형태를 나타낸 단면도이다. 연료전지용 용기(2')에는 오목부를 갖는 기체(6')의 오목부에 전해질부재(3)가 수용된다. 기체(6')에는 제1 유체유로(8')가 형성된다. 제1 유체유로(8')는, 오목부의 저면에 전해질부재(3)의 하측주면에 대향하도록, 같은 길이이며 같은 폭의 홈형상의 복수의 개구가 등간격으로 형성된 개구부(13a)와, 복수의 개구간을 각각 연결하는 연결부(14a)와 연결부(14a)에서 기체(6')의 외면에 걸쳐 형성된 도입부(15a)와 배출부(도시없음)를 포함한다. 덮개체(7')에는 제2 유체유로(9')가 형성된다. 제2 유체유로(9')는, 덮개체(7')의 하면에 전해질부재(3)의 상측주면에 대향하도록, 같은 길이이며 같은 폭의 홈형상의 복수의 개구가 등간격으로 형성된 개구부(13b)와 복수의 개구간을 각각 연결하는 연결부(14b)와 연결부(14b)에서 덮개(7')의 외면에 걸쳐 형성되는 도입부(15b)와, 배출부(도시없음)를 포함한다. 제1 및 제2 전극(4, 5)은 제1 및 제2 배선도체(10',11')에 각각 전기적으로 접속되도록 해도 좋다.
이것에 의해, 유체의 도입부(15a, 15b)와 연결부(14a, 14b)에 의해, 복수의 홈형상으로 형성된 개구부(13a, 13b)로의 유체의 공급이 용이해지며, 개구부(13a, 13b)에 있어서의 복수의 홈형상의 개구는 같은 길이이며, 같은 폭으로 등간격으로 형성되어 있기 때문에, 유체의 도입속도가 빠른 경우에 있어서도, 도입부(15a, 15b)에서 배출부까지의 거리가 짧아져, 유로저항이 작아진다. 그 결과, 전해질부재(3)로 공급되는 유체의 균일 공급성을 향상시킬 수 있으며, 대기중에서 산화제가스로서 공급된 공기가 출입했을 때, 화학반응에 의해 생성된 물(H2O)을 연속적으로 건조제거 하는 것이 가능해진다.
또한, 제1, 제2 배선도체(10', 11')에 의해 3차원적으로 자유롭게 배선할 수 있기 때문에, 복수의 전해질부재(3)를 임의로 직렬접속 또는 병렬접속하는 것이 가능해진다. 그 결과, 전체의 출력전압 및 출력전류를 효율좋게 조정하는 것이 가능해지기 때문에, 전해질부재(3)에서 전기화학적으로 생성된 전기를 양호하게 외부로 빼낼 수 있는 연료전지용 용기(2')와 연료전지(1')가 된다.
도4는, 본 발명의 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지의 실시의 또다른 형태를 나타낸 단면도이다. 연료전지용 용기(2")에는 복수의 오목부를 갖는 기체(6")의 오목부의 각각에 전해질부재(3)가 수용된다. 기체(6")에는 인접하는 오목부의 끝부 사이에 걸쳐 제3 배선도체(16)가 설치된다. 제3 배선도체(16)는, 복수의 전해질부재(3)의 제1 전극(4)끼리의 사이를 전기적으로 접속하고, 양단이 되는위치에 배치된 전해질부재(3)에 전체로서의 출력을 빼내도록 제1 배선도체(10") 및 제2 배선도체(11")를 각각 전기적으로 접속하도록 해도 좋다. 이 경우, 복수의 전해질부재(3)는 병렬접속된다.
이 대신에, 제3 배선도체(16)는, 한쪽의 전해질부재(3)의 제1 전극(4)과 다른쪽의 전해질부재(3)의 제2 전극(5) 사이를 전기적으로 접속하고, 양단이 되는 위치에 배치된 전해질부재(3)에 전체로서의 출력을 빼내도록 제1 배선도체(10") 및 제2 배선도체(11")를 각각 전기적으로 접속해도 좋다. 이 경우 복수의 전해질부재(3)는 직렬접속된다.
이것에 의해, 제1 ~제3 배선도체(10", 11", 16)에 의해 3차원적으로 자유롭게 배선할 수 있기 때문에, 복수의 전해질부재(3)를 임의로 직렬접속 또는 병렬접속하는 것이 가능하게 된다. 그 결과 전체의 출력전압 및 출력전류를 효율좋게 조정하는 것이 가능해지기 때문에, 전해질부재(3)에서 전기화학적으로 생성된 전기를 양호하게 외부로 빼낼 수 있는 연료전지용 용기(2")와 연료전지(1")가 된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 전해질부재를 수납가능한 소형이며, 견뢰한 연료전지용 용기이고, 또 가스의 균등공급, 연료전지용기 내의 온도구배의 균일화, 고효율적인 전기접속을 행할 수 있는 신뢰성 있는 연료전지용 용기 및 그것을 이용한 연료전지와 전자기기를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재를 수용하는 오목부를 한쪽면에 갖는 세라믹으로 이루어진 기체;
    상기 전해질부재의 상기 한쪽주면에 대향하는 상기 오목부의 저면에서 상기 기체의 외면에 걸쳐 형성된 제1 유체유로;
    일단이 상기 전해질부재의 상기 제1 전극에 대향하는 상기 오목부의 저면에 설치되고, 타단이 상기 기체의 외면으로 도출된 제1 배선도체;
    상기 기체의 상기 오목부의 주위의 한쪽면에 상기 오목부를 덮어서 장착되어, 상기 오목부를 기밀하게 밀봉하는 덮개체;
    상기 전해질부재의 상기 다른쪽 주면에 대향하는 상기 덮개체의 한쪽면에서 상기 덮개체의 외면에 걸쳐 형성된 제2 유체유로; 및
    일단이 상기 전해질부재의 상기 제2 전극에 대향하는 상기 덮개체의 한쪽면에 설치되고, 타단이 상기 덮개체의 외면으로 도출된 제2 배선도체를 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 기체의 접촉부 및 상기 제2 전극과 상기 덮개체의 접촉부의 적어도 한쪽에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체유로 및 상기 제2 유체유로의 적어도 한쪽의 내벽에 흡습재가 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 굽힘강도가 200MPa이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 상대밀도가 90% 이상인 산화알루미늄질 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기체 및 덮개체는 두께가 0.2 ~ 5mm인 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1배선도체는, 상기 기체의 오목부의 저면으로부터 10㎛이상 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 배선도체는, 상기 덮개체의 한쪽면으로부터 10㎛ 이상 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 홈은, 깊이가 50 ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 홈은, 상기 제1 유체유로 및 제2 유체유로에 노출되지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 용기.
  10. 한쪽 및 다른쪽 주면에 각각 제1 및 제2 전극을 갖는 전해질부재; 및
    제 1항에 기재된 연료전지용 용기를 포함하고,
    상기 연료전지용 용기의 오목부에 상기 전해질부재를 수용하여, 상기 전해질부재의 상기 한쪽 및 다른쪽 주면을 상기 한쪽 주면과 상기 제1 유체유로 사이에서, 그리고 상기 다른쪽 주면과 상기 제2 유체유로 사이에서 각각의 유체가 교환가능하도록 배치함과 아울러, 상기 제1 전극을 상기 제1 배선도체에 전기적으로 접속하고, 상기 제2 전극을 상기 제2 배선도체에 전기적으로 접속하여, 상기 기체의 상기 오목부의 주위의 한쪽면에 상기 오목부를 덮어 상기 덮개체를 장착하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지.
  11. 제10항에 기재된 연료전지를 전원으로서 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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