燃料电池和电气设备制造技术

提供一种燃料电池和电气设备，该燃料电池具有直接加湿作为离子传导体的高分子电解质膜（１２）的加湿单元（２）。作为加湿单元（２），使用在与高分子电解质膜接触的位置上具有由具有吸水性的材料构成的保水部（２１），利用毛细管现象直接加湿高分子电解质膜（１２）的直接加湿单元；为了更快且均匀地加湿高分子电解质膜（１２），还使用在高分子电解质膜中具有与保水部（２１）连接、由具有亲水性的材料构成的加湿水流路（２８）的单元。利用这样的结构能够提供直接加湿离子传导体的燃料电池。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
燃料电池和电气设备
本专利技术涉及燃料电池和电气设备。
技术介绍
迄今，为了在移动中使用小型电气设备，使用了各种一次电池、二次电池。但是，伴随着最近小型电气设备的高性能化，能耗增大，用一次电池得到小型轻量、同时能够供给充分能量的装置变得困难了。另一方面，二次电池虽然具有能够反复地充电使用的优点，但是，通过一次充电能够使用的能量比一次电池还小。而且，为了给二次电池充电不但需要别的电源，而且为了充电通常还要花几十分钟到几个小时，难以做到不论何时何地都能够马上使用。今后，通过进行电气设备的更加小型、轻量化，并利用无线的网络环境，在移动中使用设备的倾向在增强，用现有的一次电池、二次电池把充分的能量供给到设备的驱动是困难的。作为这样问题的解决方法，小型燃料电池受到重视。迄今，燃料电池作为大型发电机、汽车用的驱动源正进行开发。其主要理由是，与现有的发电系统相比，燃料电池的发电效率高，而且其废弃物是清洁的。另一方面，用燃料电池作为小型电气设备的驱动源的理由，可以举出与现有的电池相比，每单体积、每单位重量可以供给的能量提高了几倍到接近十倍。由于只要补充、更换燃料就能够连续地使用，故也不像二次电池那样在充电中要花时间。作为这样的燃料电池开发了各种方式的燃料电池，但是，对于小型电气设备、特别是在移动中使用的设备，例如固体高分子型燃料电池是适合的。这是因为，该电池能够在接近于常温的温度下使用，而且由于电解质不是液体而是固体，故具有安全地移动的优点。燃料电池基于通过把燃料和氧化剂供给到电池单元而进行发电的简-->单原理，但是，为了进行最佳的发电，进行了各种控制。固体高分子型燃料电池的燃料电池单元，具有由具有催化剂层的燃料极和氧化剂极夹持作为离子传导体的高分子电解质膜的结构。高分子电解质膜在内部包含水，在传导氢离子的同时，预防燃料气体与氧化剂气体互相交叉漏泄。但是，确定固体高分子型燃料电池性能的离子传导性通过高分子电解质膜的润湿性而起重大作用，特别是，导电性因高分子电解质膜的干燥而显著降低，燃料电池的特性因内部电阻的增大而大大降低。因此，固体高分子型燃料电池为了发电，用于传导离子的高分子电解质膜必须适当润湿。如日本专利申请特开2001-102059和特开平08-306375中所公开的那样，在现有方式中通过预先使燃料润湿对高分子膜进行加湿。此外，如特开2001-102059和特开平11-045733中所公开的那样，为了使燃料润湿，有时也利用伴随着发电而生成的水。但是，在上述那样的燃料电池的结构中，在用发电时生成的水加湿燃料气体的方式中，在大型燃料电池的情况下，由于电池单元与燃料供给部分离，故需要用于输送生成的水的泵。如果使用泵，则在燃料电池内需要电力的供给，存在着系统的整体结构复杂化、大型化的缺点。此外，即使在小型燃料电池中，在把氧化剂极上生成的水供给到燃料极侧的燃料流路时，要做到氧化剂与燃料不掺混也是困难的。此外，在固体高分子型燃料电池中，通过了作为离子传导体的高分子电解质膜的氢离子与氧化剂(氧)在氧化剂极上进行反应，在氧化剂极的表面生成水。由于氧化剂极的氧化剂流路窄，故如果不去除所生成的水流路就被水滴堵住，不能把氧化剂高效率地引导到氧化剂极。为了预防这种情况，在特开2001-102059和特开2001-160406中，通过作为氧化剂极使用导电性且防水性的多孔隙材料来预防氧化剂电极过湿。此外，在特开2001-93539中，通过对形成气体流路的分离器表面施加亲水涂层来预防流路被所生成的水堵住。但是，在这些方式中，迅速地去除在氧化剂极上生成的水是困难的。此外，如果按规定的方向引导生成的水则需要泵或压缩机等使用电的装-->置，存在着使系统大型化的问题。因此，把使用了的水储存在规定的地方，也是困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，逐个地或汇总地解决这些问题。即，本专利技术的目的在于，提供为了加湿离子传导体，不使用在上述方式中为了使燃料润湿而使用了的泵等装置，能够简化系统，直接加湿高分子电解质膜的新的燃料电池；或者，提供不使用泵等装置就能够排除在氧化剂极上生成的水的燃料电池；并提供使用了这些燃料电池的电气设备。实现这样目的的第1专利技术是一种燃料电池，其特征在于，具有对燃料电池高分子电解质膜直接进行加湿的加湿单元，该燃料电池高分子电解质膜的特征在于，包括：具有氧化剂极、燃料极、和设置在这两极之间的高分子电解质的燃料电池单元部；与上述氧化剂极和上述高分子电解质膜接触设置的、由具有吸水性的材料构成的保水部；以及在上述高分子电解质膜中，与上述保水部连接而设置的加湿水流路，储存在上述保水部中的水，通过上述保水部和上述加湿水流路直接供给到上述高分子电解质膜。本专利技术中，优选地，上述加湿水流路的形状为平板状，并且与上述氧化剂极平行地设置。此外，优选地，上述加湿水流路的形状为线状，并且与上述氧化剂极平行地设置。更优选地，上述加湿水流路的形状为网状。此外，优选地，上述加湿水流路的形状为叶脉状。进而，优选地，上述加湿水流路具有亲水性。此外，优选地，上述加湿水流路具有离子导电性。更优选地，上述保水部中含有的水供给到上述加湿水流路。此外，优选地，上述保水部中含有的水通过毛细管现象直接加湿上述高分子电解质膜。-->更优选地，上述加湿水流路中含有的水通过毛细管现象直接加湿上述高分子电解质膜。此外，优选地，上述保水部储存在上述氧化剂极上生成的水。实现上述目的的第2专利技术是一种燃料电池，其特征在于包括：具有氧化剂极、燃料极、和设置在这两极之间的高分子电解质膜的燃料电池单元部；以及设置在上述氧化剂极的表面侧的、使在上述氧化剂极上生 成的水移动的单元。本专利技术中，优选地，上述使水移动的单元在上述氧化剂极的表面、具有由疏水性区和亲水性区构成的水移动用图形，利用该水移动用图形移动和排除在上述氧化剂极上生成的水。此外，优选地，上述疏水性区和亲水性区中的一方由锥形区构成，另一方由反锥形区构成，该锥形区与反锥形区交互排列而设置。更优选地，在上述氧化剂极表面的一侧上述疏水性区以较大的面积设置，在另一方上述亲水性区以较大的面积设置，从该一侧到该另一侧移动和排除在氧化剂极上生成的水。此外，优选地，上述使水移动的单元为亲水性的多孔隙层，其表面积沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向逐渐变大。更优选地，沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向上述多孔隙层的多孔隙材料的孔隙直径逐渐变小，并且孔隙的密度逐渐变大。此外，优选地，上述多孔隙层的多孔隙材料的孔隙直径是均匀的，并且沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向孔隙的密度逐渐变大。更优选地，沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向上述多孔隙层的多孔隙材料的孔隙直径逐渐变大，并且孔隙的密度是均匀的。此外，优选地，上述多孔隙层的厚度沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向逐渐变大。更优选地，上述使水移动的单元为疏水性的多孔隙层，其表面积沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向逐渐变小。此外，优选地，沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向上述-->多孔隙层的多孔隙材料的孔隙直径逐渐变大，并且孔隙的密度逐渐变小。更优选地，上述多孔隙层的多孔隙材料的孔隙直径是均匀的，并且沿着使在上述氧化剂极上生成的水移动的方向孔隙的密度逐渐变小。此外，优选地，上述多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于包括：具有氧化剂极、燃料极、和设置在这两极之间的离子传导体的燃料电池单元部；与上述氧化剂极和上述离子传导体接触设置的、由具有吸水性的材料构成的保水部；以及在上述离子传导体中，与上述保水部连接而 设置的加湿水流路，储存在上述保水部中的水，通过上述保水部和上述加湿水流路直接供给到上述离子传导体。

【技术特征摘要】
JP 2001-12-28 399695/2001;JP 2001-12-28 399696/2001.一种燃料电池，其特征在于包括：具有氧化剂极、燃料极、和设置在这两极之间的离子传导体的燃料电池单元部；与上述氧化剂极和上述离子传导体接触设置的、由具有吸水性的材料构成的保水部；以及在上述离子传导体中，与上述保水部连接而设置的加湿水流路，储存在上述保水部中的水，通过上述保水部和上述加湿水流路直接供给到上述离子传导体。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路的形状为平板状，并且与上述氧化剂极平行地设置。3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路的形状为线状，并且与上述氧化剂极平行地设置。4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路的形状为网状。5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路的形状为叶脉状。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路具有亲水性。7.根据权利要求1～6中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路具有离子导电性。8.根据权利要求1～7中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，上述保水部中含有的水供给到上述加湿水流路。9.根据权利要求1～8中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，上述保水部中含有的水通过毛细管现象直接加湿上述离子传导体。10.根据权利要求1～9中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，上述加湿水流路中含有的水通过毛细管现象直接加湿上述离子传导体。11.根据权利要求1～10中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，-->上述保水部储存在上述氧化剂极上生成的水。12.一种燃料电池，其特征在于包括：具有氧化剂极、燃料极、和设置在这两极之间的离子传导体的燃料电池单元部；以及设置在上述氧化剂极的表面侧的、使在上述氧化剂极上生成的水移动的单元。13.根据权利要求12所述的燃料电池，其特征在于，上述使水移动的单元在上述氧化剂极的表面侧具有由疏水性区和亲水性区构成的水移动用图形，利用该水移动用图形移动和排除在上述氧化剂极上生成的水。14.根据权利要求13所述的燃料电池，其特征在于，上述疏水性区和亲水性区中的一方由锥形区构成，另一方由反锥形区构成，该锥形区与反锥形区交互排列而设置。15.根据权利要求13或14所述的燃料电池，其特征在于，在上述氧化剂极表面的一侧以较大的面积设置上述疏水性区，在另一侧以较大的面积设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：中窪亨，江口健，渡部充祐，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]