JP2005183132A

JP2005183132A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2005183132A
Application number: JP2003421326A
Authority: JP
Inventors: Taishin Tani; 谷　　泰臣; Shinshu So; 振洲蘇; Masahiro Ishitani; 雅宏石谷; Yurio Nomura; 由利夫野村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell with higher generation efficiency and smaller volume as compared with a conventional fuel cell. <P>SOLUTION: In a fuel cell stack, a plurality of cylindrical cells 6 are bundled, and a metal porous body 7 serving as a fuel flow passage is disposed between the cells 6. In one cell 6, an electrolyte 11 is sandwiched by electrodes comprising a hydrogen ion permeable metal. An air electrode 8 and a fuel electrode 9 are constituted of hydrogen ion permeable metal plates and formed into a cylindrical shape. The diameter of the air electrode 8 is smaller than that of the fuel electrode 9, and the air electrode 8 is arranged in the fuel electrode 9. The electrolyte 11 is disposed between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.

図９に従来における高分子電解質型燃料電池の断面図を示す。図９に示すように、この燃料電池の単セルは、高分子電解質膜６１の両側に、燃料極６２と酸化剤極６３とが形成されており、これらが水素や酸素等の反応ガスの流路溝４２を有するセパレータ４１に狭持された構造である。 FIG. 9 shows a cross-sectional view of a conventional polymer electrolyte fuel cell. As shown in FIG. 9, a single cell of this fuel cell has a fuel electrode 62 and an oxidant electrode 63 formed on both sides of a polymer electrolyte membrane 61, and these flow of a reactive gas such as hydrogen or oxygen. This is a structure sandwiched between separators 41 having road grooves 42.

燃料極６２および酸化剤極６３は、一般に、担体としての導電性カーボンブラック６４と、拡散層としての導電性のカーボンペーパー６５とにより構成されている。この導電性カーボンブラック６４は、触媒である白金６６を担持しており、カーボンペーパー６５により支持されている。また、セパレータ４１は、一般に、カーボンまたはステンレスにより構成されている。 The fuel electrode 62 and the oxidant electrode 63 are generally composed of conductive carbon black 64 as a carrier and conductive carbon paper 65 as a diffusion layer. This conductive carbon black 64 carries platinum 66 as a catalyst and is supported by carbon paper 65. The separator 41 is generally made of carbon or stainless steel.

この燃料電池では、燃料極６２側に、外部から水素が供給されると、燃料極６２で水素は水素イオンと電子に分かれる。この水素イオンは高分子電解質膜６１中を酸化剤極６３に向かって移動し、電子は外部に接続された回路を通って酸化剤極６３に達する。そして、酸化剤極６３側では、電子と、水素イオンと、外部から供給された酸素とが反応することで、水が生成する。このような反応により、電流を取り出すことができる。 In this fuel cell, when hydrogen is supplied from the outside to the fuel electrode 62 side, the hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons at the fuel electrode 62. The hydrogen ions move in the polymer electrolyte membrane 61 toward the oxidant electrode 63, and the electrons reach the oxidant electrode 63 through a circuit connected to the outside. On the oxidant electrode 63 side, water is generated by the reaction of electrons, hydrogen ions, and oxygen supplied from the outside. By such a reaction, an electric current can be taken out.

このような燃料電池の１つに、例えば、水素イオン透過性を有するパラジウム膜と電極とを別々に用意し、これらを組み合わせた構造の燃料電池がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３１２６５号公報 As one of such fuel cells, for example, there is a fuel cell having a structure in which a palladium membrane having hydrogen permeability and an electrode are separately prepared and combined (for example, refer to Patent Document 1).
JP 2002-231265 A

ところで、燃料電池では、一般に、発電効率の向上が市場から求められている。そこで、本発明者らが発電効率の向上を検討する上で、上記したような構造の燃料電池について、発電効率が低いことの原因を調査、検討した。その結果、その原因の１つとして次のことが考えられる。 By the way, in the fuel cell, generally, improvement in power generation efficiency is demanded from the market. Therefore, the present inventors investigated and examined the cause of the low power generation efficiency of the fuel cell having the above-described structure when examining the improvement of the power generation efficiency. As a result, the following is considered as one of the causes.

燃料極側で生成した水素イオンが、燃料極側から電解質に移動する際、燃料極が水素イオンの移動を阻害しているため、水素イオンが速やかに電解質中を移動することができないことが推測される。 When hydrogen ions generated on the fuel electrode side move from the fuel electrode side to the electrolyte, it is assumed that the hydrogen electrode cannot move quickly in the electrolyte because the fuel electrode inhibits the movement of hydrogen ions. Is done.

このため、燃料極近傍では、水素イオンが留まっていたり、水素イオンが水素に再び戻ってしまったりする。この結果、外部から燃料が供給されても、供給された燃料から水素イオンが生成され難い状態となり、燃料電池全体で起きる起電反応の効率が低くなっていると考えられる。 For this reason, hydrogen ions remain in the vicinity of the fuel electrode, or hydrogen ions return to hydrogen again. As a result, even if fuel is supplied from the outside, hydrogen ions are hardly generated from the supplied fuel, and it is considered that the efficiency of the electromotive reaction that occurs in the entire fuel cell is low.

また、燃料電池は様々な用途があるが、例えば、自動車用や携帯電話用の電源として燃料電池を使用する場合、燃料電池の小型化が要求される。 In addition, there are various uses of fuel cells. For example, when a fuel cell is used as a power source for automobiles or mobile phones, downsizing of the fuel cell is required.

しかし、上記した構造の燃料電池は、セパレータ４１によりセルの構造が支えられており、すなわち、セルの形状がセパレータ４１により保たれていた。したがって、セパレータ４１がセルの構造を支えることができるように、セパレータ４１の容積を大きくする必要があった。このため、上記した構造の燃料電池では、燃料電池の小型化に限度があった。 However, in the fuel cell having the above structure, the cell structure is supported by the separator 41, that is, the cell shape is maintained by the separator 41. Therefore, it is necessary to increase the volume of the separator 41 so that the separator 41 can support the cell structure. For this reason, in the fuel cell having the above-described structure, there is a limit to miniaturization of the fuel cell.

本発明は、上記点に鑑み、従来の燃料電池よりも発電効率が高い燃料電池を提供することを第１の目的とする。また、従来の燃料電池よりも、容積が小さい燃料電池を提供することを第２の目的とする。 In view of the above points, the first object of the present invention is to provide a fuel cell with higher power generation efficiency than conventional fuel cells. A second object is to provide a fuel cell having a smaller volume than a conventional fuel cell.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料電池の構造が、水素イオン透過性の金属により構成された２つの電極（８、９、５８、５９）で、電解質（１１、５２）が挟まれた構造であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the structure of the fuel cell includes two electrodes (8, 9, 58, 59) made of hydrogen ion permeable metal, and an electrolyte (11, 52) is a sandwiched structure.

本発明では、例えば、燃料極（９、５９）が水素イオン透過性を有していることから、燃料電池の発電時における燃料極側での反応において、燃料極側で生成した水素イオンの移動を、この燃料極が阻害することがない。このため、燃料極側で生成した水素イオンは、速やかに電解質に移動することができる。 In the present invention, for example, since the fuel electrode (9, 59) has hydrogen ion permeability, the movement of hydrogen ions generated on the fuel electrode side in the reaction on the fuel electrode side during power generation of the fuel cell. This fuel electrode is not hindered. For this reason, hydrogen ions generated on the fuel electrode side can quickly move to the electrolyte.

これにより、燃料極に燃料が供給された場合における燃料極での水素イオンと電子等が生成する反応を促進させることができる。この結果、本発明の燃料電池によれば、従来の燃料電池と比較して、燃料電池全体で起きる起電反応を促進でき、発電効率を向上させることができる。 Thereby, when fuel is supplied to the fuel electrode, a reaction in which hydrogen ions, electrons, and the like are generated at the fuel electrode can be promoted. As a result, according to the fuel cell of the present invention, the electromotive reaction occurring in the entire fuel cell can be promoted and the power generation efficiency can be improved as compared with the conventional fuel cell.

電極の形状については、例えば、請求項２、８に示すように、電極の形状を板形状や、膜形状とすることができる。 As for the shape of the electrode, for example, as shown in claims 2 and 8, the shape of the electrode can be a plate shape or a film shape.

請求項２に示すように、電極（８、９）の形状を板形状とした場合、図９に示す従来の燃料電池のように、セパレータによって、セルの強度を確保する必要がない。このため、本発明の燃料電池では、従来よりもセパレータの容積を縮小もしくは従来の構造のセパレータを省略することができる。この結果、本発明の燃料電池によれば、従来の燃料電池と比較して、燃料電池の容積を小さくすることができる。 When the electrode (8, 9) has a plate shape as shown in claim 2, it is not necessary to secure the strength of the cell by the separator unlike the conventional fuel cell shown in FIG. For this reason, in the fuel cell of the present invention, the volume of the separator can be reduced as compared with the conventional one, or the separator having the conventional structure can be omitted. As a result, according to the fuel cell of the present invention, the volume of the fuel cell can be reduced as compared with the conventional fuel cell.

さらに、２つの電極の形状を、例えば、平板形状にしたり、請求項３に示すように、筒形状にしたりすることもできる。電極の形状を筒形状にした場合では、一方（８）を他方（９）の内側に配置させることもできる。また、この場合、燃料極と酸化剤極とが交互に配置されていれば、燃料極と酸化剤極とを２重以上の多重に配置することもできる。 Further, the shape of the two electrodes can be, for example, a flat plate shape or a cylindrical shape as shown in claim 3. When the electrode has a cylindrical shape, one (8) can be arranged inside the other (9). Further, in this case, if the fuel electrode and the oxidant electrode are alternately arranged, the fuel electrode and the oxidant electrode can be arranged in multiple layers of two or more.

また、請求項４に示すように、２つの電極（８、９）の形状を、一方（８）を筒形状、他方（９）を平板形状とし、２枚の平板形状の電極（９）間に、筒形状の電極（８）を配置する。そして、平板形状の電極と、筒形状の電極との間に電解質（１１）を配置することもできる。 Further, as shown in claim 4, the shape of the two electrodes (8, 9) is such that one (8) is a cylindrical shape and the other (9) is a flat plate shape, and between two flat plate-shaped electrodes (9). A cylindrical electrode (8) is disposed on the surface. And electrolyte (11) can also be arrange | positioned between a flat electrode and a cylindrical electrode.

また、請求項５に示すように、燃料電池の構造を、電解質を平らな２つの電極で挟んだものを巻いた構造とすることもできる。 Moreover, as shown in claim 5, the structure of the fuel cell can be a structure in which an electrolyte is sandwiched between two flat electrodes.

電解質については、例えば、請求項６に示すように、液状もしくはゲル状の電解質を用いることができる。 As the electrolyte, for example, as shown in claim 6, a liquid or gel electrolyte can be used.

ここで、電解質として高分子電解質膜を用いる場合では、電解質膜の強度を確保する上で、電解質の薄膜化に限度があるため、電解質膜は所定の厚さ以上となっていた。 Here, in the case where a polymer electrolyte membrane is used as the electrolyte, there is a limit to reducing the thickness of the electrolyte in order to ensure the strength of the electrolyte membrane, so that the electrolyte membrane has a predetermined thickness or more.

これに対して、請求項６に記載の発明のように、液体もしくはゲル状の電解質を用いる場合、燃料極と酸化剤極との間隔を自由に設定することができる。このため、本発明の燃料電池では、高分子電解質膜が用いられた燃料電池と比較して、電極間の間隔を小さく、すなわち、電解質を薄くすることができる。これにより、高分子電解質が用いられた燃料電池と比較して、燃料電池の容積を小さくすることができる。 In contrast, when a liquid or gel electrolyte is used as in the invention described in claim 6, the distance between the fuel electrode and the oxidant electrode can be freely set. For this reason, in the fuel cell of the present invention, the distance between the electrodes can be reduced, that is, the electrolyte can be made thinner, compared to the fuel cell using the polymer electrolyte membrane. Thereby, the volume of a fuel cell can be made small compared with the fuel cell using a polymer electrolyte.

液状もしくはゲル状の電解質を用いる場合では、請求項７に示すように、２つの電極間にスペーサを配置することが望ましい。これにより、電極間の電気的短絡を防止できるからである。スペーサとしては、例えば、絶縁性の球体、多孔質シートを用いることができる。 In the case of using a liquid or gel electrolyte, it is desirable to arrange a spacer between the two electrodes as shown in claim 7. This is because an electrical short circuit between the electrodes can be prevented. As the spacer, for example, an insulating sphere or a porous sheet can be used.

請求項８に記載の発明では、電解質（５２）として、無機化合物により構成された固体物を用い、電極（５８、５９）として、水素イオン透過性の金属膜を用いることを特徴としている。この金属膜は、例えば、請求項９に示すように、電解質の表面上にスパッタリング法、蒸着法、メッキ法もしくはそれらを組み合わせた方法で形成される。 The invention described in claim 8 is characterized in that a solid material composed of an inorganic compound is used as the electrolyte (52), and a hydrogen ion permeable metal film is used as the electrodes (58, 59). For example, as shown in claim 9, the metal film is formed on the surface of the electrolyte by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method or a combination thereof.

電解質として無機化合物により構成された固体物を用いる場合では、例えば、請求項１０に示すように、電解質を複数の小室（５１）を有するハニカム形状とし、その小室の内壁面（５３）に、２つの電極（５８、５９）のどちらか一方を、配置することで、燃料電池を構成することもできる。 In the case where a solid material composed of an inorganic compound is used as the electrolyte, for example, as shown in claim 10, the electrolyte is formed in a honeycomb shape having a plurality of small chambers (51), and the inner wall surface (53) of the small chambers has 2 A fuel cell can also be configured by arranging one of the two electrodes (58, 59).

また、請求項１１に示すように、電極の表面のうち、電解質と接する面（８ａ、９ａ）と反対側の面（８ｂ、９ｂ）に、金属コロイド（１３）を固定し、この金属コロイドに触媒コロイド（１２）を担持させることもできる。 In addition, as shown in claim 11, a metal colloid (13) is fixed to the surface (8b, 9b) opposite to the surface (8a, 9a) in contact with the electrolyte among the surfaces of the electrode, A catalyst colloid (12) can also be supported.

金属コロイドおよび触媒コロイドは、例えば、電着法、スパッタリング法等により、電極表面や金属コロイド表面に付着される。 The metal colloid and the catalyst colloid are attached to the electrode surface or the metal colloid surface by, for example, an electrodeposition method or a sputtering method.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における燃料電池の分解斜視図を示す。また、図２に図１中のＡ−Ａ’線断面図を示し、図３に図２中の領域Ｂの拡大図を示す。以下では、電極が水素イオン透過性の金属板により構成されている燃料電池の一例を説明する。 (First embodiment)
FIG. 1 shows an exploded perspective view of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a region B in FIG. Hereinafter, an example of a fuel cell in which the electrode is formed of a hydrogen ion permeable metal plate will be described.

本実施形態の燃料電池は、燃料電池本体１と、空気入口室２と、空気出口室３と、燃料入口室４と、燃料出口室５とを備えており、いわゆる外部マニホールド構造となっている。 The fuel cell of the present embodiment includes a fuel cell main body 1, an air inlet chamber 2, an air outlet chamber 3, a fuel inlet chamber 4, and a fuel outlet chamber 5, and has a so-called external manifold structure. .

燃料電池本体１は、円筒形状のセル６が複数束ねられており、セル６とセル６との間に金属多孔体７が配置された構造となっている。言い換えると、金属多孔体７内に、所定間隔を設けて、セル６が配置されている。金属多孔体７は、燃料流路として機能するものであり、例えば、ニッケルにより構成されている。なお、セル６の内側が空気流路である。 The fuel cell main body 1 has a structure in which a plurality of cylindrical cells 6 are bundled, and a metal porous body 7 is disposed between the cells 6. In other words, the cells 6 are arranged in the metal porous body 7 with a predetermined interval. The metal porous body 7 functions as a fuel flow path, and is made of nickel, for example. The inside of the cell 6 is an air flow path.

１つのセル６は、図２に示すように、内側に空気極８、外側に燃料極９が配置されており、これらの２つの電極８、９間に電解質１０が挟まれた構造である。すなわち、空気極８および燃料極９は、水素イオン透過性の金属板により構成されており、円筒形状である。また、空気極８および燃料極９の直径は、空気極８の方が燃料極９よりも小さく、燃料極９の内側に空気極８が配置されている。空気極８と燃料極９との間には所定の大きさの隙間１０が生じており、その隙間１０に電解質１１が充填されている。なお、空気極８は、酸化剤極、陽極とも呼ばれ、燃料極９は陰極とも呼ばれるものである。 As shown in FIG. 2, one cell 6 has a structure in which an air electrode 8 is disposed on the inner side and a fuel electrode 9 is disposed on the outer side, and an electrolyte 10 is sandwiched between the two electrodes 8 and 9. That is, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are made of a hydrogen ion-permeable metal plate and have a cylindrical shape. The air electrode 8 and the fuel electrode 9 are smaller in diameter than the fuel electrode 9, and the air electrode 8 is disposed inside the fuel electrode 9. A gap 10 having a predetermined size is formed between the air electrode 8 and the fuel electrode 9, and the gap 10 is filled with an electrolyte 11. The air electrode 8 is also called an oxidant electrode and an anode, and the fuel electrode 9 is also called a cathode.

空気極８および燃料極９の間には、図示しないスペーサが配置されている。スペーサは絶縁性の球体もしくは多孔質のシートであり、ガラスや他のセラミックスにより構成されている。これにより、空気極８および燃料極９の間隔が確保され、電極８、９間の短絡が防止されている。 A spacer (not shown) is arranged between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. The spacer is an insulating sphere or a porous sheet and is made of glass or other ceramics. Thereby, the space | interval of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 is ensured, and the short circuit between the electrodes 8 and 9 is prevented.

空気極８の内側は空洞になっており、この内側の空洞１４が空気流路である。また、セル６の外径は、例えば、１ｍｍとなっている。 The inside of the air electrode 8 is a cavity, and the inside cavity 14 is an air flow path. The outer diameter of the cell 6 is 1 mm, for example.

空気極８および燃料極９は、例えば、銀パラジウム合金に構成されている。なお、水素イオン透過性金属としては、その他にパラジウム、銀パラジウム以外のパラジウム合金、タンタル、タンタル合金等があり、これらを空気極８および燃料極９として用いることもできる。 The air electrode 8 and the fuel electrode 9 are made of, for example, a silver palladium alloy. In addition, examples of the hydrogen ion permeable metal include palladium, palladium alloys other than silver palladium, tantalum, tantalum alloys, and the like, and these can be used as the air electrode 8 and the fuel electrode 9.

また、空気極８および燃料極９は、上述したように、板形状である。この板形状とは、ある程度の厚みを有し、空気極８、燃料極９自体でセル６の形状を保つことができる強度を有している形状を意味する。具体的には、空気極８および燃料極９の厚さはそれぞれ０．１ｍｍとなっている。これは、空気極８および燃料極９の厚さを０．１ｍｍ以上とした場合に、セル６の形状を保つことができるという本発明者らの検討結果に基づいて設定されたものである。 Further, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 have a plate shape as described above. The plate shape means a shape having a certain thickness and having a strength capable of maintaining the shape of the cell 6 with the air electrode 8 and the fuel electrode 9 itself. Specifically, the thicknesses of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are each 0.1 mm. This is set based on the examination results of the present inventors that the shape of the cell 6 can be maintained when the thickness of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 is 0.1 mm or more.

また、図３に示すように、空気極８および燃料極９の表面８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂのうち、電解質１１に接している面８ａ、９ａと反対側の面８ｂ、９ｂには、触媒コロイド１２を担持した金属コロイド１３が付着されている。これは、空気極８および燃料極９における触媒の担持量を増加させるためである。 Further, as shown in FIG. 3, of the surfaces 8a, 8b, 9a, 9b of the air electrode 8 and the fuel electrode 9, the surfaces 8b, 9b opposite to the surfaces 8a, 9a in contact with the electrolyte 11 A metal colloid 13 carrying a colloid 12 is attached. This is to increase the amount of catalyst supported on the air electrode 8 and the fuel electrode 9.

具体的には、金属コロイド１３としてのパラジウムコロイドが空気極８および燃料極９の表面８ｂ、９ｂに電着法、もしくはスパッタリング法により付着されている。そして、触媒コロイド１２としての白金コロイドが、パラジウムコロイドの表面上に電着法、もしくはスパッタリング法により付着されている。触媒コロイド１２としては、白金に限らず、他の触媒を用いることができる。また、金属コロイド１３としては、パラジウムコロイドに限らず他の金属を用いることができ、電極８、９と異なる金属を用いることもできる。 Specifically, palladium colloid as the metal colloid 13 is attached to the surfaces 8b and 9b of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 by electrodeposition or sputtering. Then, a platinum colloid as the catalyst colloid 12 is attached on the surface of the palladium colloid by an electrodeposition method or a sputtering method. The catalyst colloid 12 is not limited to platinum, and other catalysts can be used. The metal colloid 13 is not limited to the palladium colloid, and other metals can be used, and a metal different from the electrodes 8 and 9 can also be used.

なお、図９に示すように、従来の高分子電解質型燃料電池では、高分子電解質膜６１に白金６６を固定するために、拡散層としてのカーボンペーパー６５が必要であった。これに対して、本実施形態の燃料電池は、上記したように、触媒が電極に直接固定されている構造であるため、従来の燃料電池に対して、拡散層が省略された構造となっている。 As shown in FIG. 9, in the conventional polymer electrolyte fuel cell, in order to fix platinum 66 to the polymer electrolyte membrane 61, the carbon paper 65 as a diffusion layer is necessary. In contrast, the fuel cell according to the present embodiment has a structure in which the catalyst is directly fixed to the electrode as described above, and thus has a structure in which the diffusion layer is omitted from the conventional fuel cell. Yes.

電解質１１は、水素イオン伝導性を有し、流動性を有するものである。例えば、リン酸系のゲルもしくは液体が電解質１１として用いられる。また、図示しないが、セル６の軸方向における両端部では隙間１０に対して、耐熱性の樹脂により蓋がされており、セル６から電解質１１が漏れないように密閉されている。このように、電解質１１としてリン酸系のゲルもしくは液体を用いているので、本実施形態の燃料電池は、１００℃〜３００℃の耐熱性を有している。なお、電解質１１としては、他の液体や、高分子膜等の固体電解質を用いることもできる。 The electrolyte 11 has hydrogen ion conductivity and fluidity. For example, phosphoric acid gel or liquid is used as the electrolyte 11. Although not shown, the gaps 10 are covered with heat-resistant resin at both ends in the axial direction of the cell 6, and are sealed so that the electrolyte 11 does not leak from the cell 6. As described above, since the phosphoric acid gel or liquid is used as the electrolyte 11, the fuel cell of the present embodiment has a heat resistance of 100 ° C. to 300 ° C. As the electrolyte 11, other liquids or solid electrolytes such as polymer membranes can be used.

燃料電池本体１は、図１に示すように、直方体のケース１５を有しており、このケース１５でセル６および金属多孔体７が覆われている。ケース１５はセラミックスや樹脂等の絶縁体により構成されている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell main body 1 has a rectangular parallelepiped case 15, and the case 6 covers the cells 6 and the porous metal body 7. The case 15 is made of an insulator such as ceramics or resin.

ケース１５は、上面部１５ａ、下面部１５ｂ、２組の対向する側面部１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆとを有している。なお、燃料入口室４、燃料出口室５が配置される一組の側面部１５ｅ、１５ｆは、ほぼ全面が開口している状態である。 The case 15 has an upper surface portion 15a, a lower surface portion 15b, and two sets of opposing side surface portions 15c, 15d, 15e, and 15f. The pair of side surface portions 15e and 15f in which the fuel inlet chamber 4 and the fuel outlet chamber 5 are arranged are in a state where almost the entire surface is open.

ここで、ケース１５外では、図１では、便宜上、ケース１５と各室２〜５とを離して図示しているが、空気入口室２および空気出口室３は、ケース１５の側面のうち、一組の対向する側面部１５ｃ、１５ｄにそれぞれ接して配置されている。また、燃料入口室４および燃料出口室５は、ケース１５の側面のうち、全面が開口している他の一組の側面部１５ｅ、１５ｆにそれぞれ接して配置されている。 Here, outside the case 15, in FIG. 1, for convenience, the case 15 and the respective chambers 2 to 5 are illustrated separately, but the air inlet chamber 2 and the air outlet chamber 3 are included in the side surface of the case 15. They are disposed in contact with a pair of opposing side surface portions 15c and 15d, respectively. Further, the fuel inlet chamber 4 and the fuel outlet chamber 5 are disposed in contact with the other set of side surface portions 15e and 15f, respectively, of the side surface of the case 15 that are open at the entire surface.

一方、ケース１５内では、空気入口室２および空気出口室３に接する側面１５ｃ、１５ｄに、セル６の両端部が対向するように、セル６が配置されている。そして、ケース１５の空気入口室２および空気出口室３に接する側面１５ｃ、１５ｄには、空気極８の内側の空洞１４に対向する部位に、その空洞１４と同じ大きさの穴１６がそれぞれ形成されている。 On the other hand, in the case 15, the cell 6 is arranged so that both end portions of the cell 6 face the side surfaces 15 c and 15 d contacting the air inlet chamber 2 and the air outlet chamber 3. Further, holes 16 having the same size as the cavity 14 are formed in the portions 15 c and 15 d in contact with the air inlet chamber 2 and the air outlet chamber 3 of the case 15 at portions facing the cavity 14 inside the air electrode 8. Has been.

空気入口室２、空気出口室３、燃料入口室４および燃料出口室５は、直方体の箱形状であり、セラミックスや樹脂等の絶縁体により構成されている。 The air inlet chamber 2, the air outlet chamber 3, the fuel inlet chamber 4, and the fuel outlet chamber 5 have a rectangular parallelepiped box shape and are made of an insulator such as ceramics or resin.

空気入口室２および空気出口室３は、１つの面２ａ、３ａに燃料電池の外部から供給される空気入口１７もしくは外部へ空気を放出するための空気出口１８が設けられている。また、空気入口室２および空気出口室３の空気極８の空洞１４に対向する面２ｂ、３ｂには、空気極８の空洞１４に対向する部位に、その空洞１４と同じ大きさの穴１９が形成されている。 The air inlet chamber 2 and the air outlet chamber 3 are provided with an air inlet 17 supplied from the outside of the fuel cell or an air outlet 18 for releasing air to the outside on one surface 2a, 3a. Further, in the surfaces 2b and 3b facing the cavity 14 of the air electrode 8 in the air inlet chamber 2 and the air outlet chamber 3, a hole 19 having the same size as the cavity 14 is formed in a portion facing the cavity 14 of the air electrode 8. Is formed.

一方、燃料入口室４および燃料出口室５は、１つの面４ａ、５ａに外部から供給される燃料入口２０もしくは外部へ燃料を放出するための燃料出口２１が設けられている。また、燃料入口室４および燃料出口室５では、ケース１５に接する面４ｂ、５ｂのほぼ全面であって、ケース１５の側面部１５ｅ、１５ｆに形成された開口部に対応する位置に、開口部２２が形成されている。 On the other hand, the fuel inlet chamber 4 and the fuel outlet chamber 5 are provided with a fuel inlet 20 supplied from the outside on one surface 4a, 5a or a fuel outlet 21 for discharging fuel to the outside. Further, in the fuel inlet chamber 4 and the fuel outlet chamber 5, the opening portions are located at substantially the entire surfaces 4 b and 5 b in contact with the case 15 and corresponding to the openings formed in the side surface portions 15 e and 15 f of the case 15. 22 is formed.

したがって、外部から空気が供給された場合、空気は、空気入口室２の空気入口１７から空気入口室２に入り、空気入口室２の穴１９から各セル６の空気流路１４に流れる。そして、空気は、空気出口室３の穴１９から空気出口室３に入り、空気出口１８から排出される
一方、外部から燃料が供給された場合、燃料は、燃料入口室４の燃料の入口２０から燃料入口室４に入り、燃料入口室４の開口部２２から金属多孔体７内に流れる。そして、燃料は、燃料出口室５の開口部２２から燃料出口室５に入り、燃料出口２１から排出される。 Therefore, when air is supplied from the outside, the air enters the air inlet chamber 2 from the air inlet 17 of the air inlet chamber 2 and flows from the hole 19 of the air inlet chamber 2 to the air flow path 14 of each cell 6. The air enters the air outlet chamber 3 through the hole 19 of the air outlet chamber 3 and is discharged from the air outlet 18. On the other hand, when fuel is supplied from the outside, the fuel is supplied to the fuel inlet 20 in the fuel inlet chamber 4. The fuel enters the fuel inlet chamber 4 and flows into the porous metal body 7 from the opening 22 of the fuel inlet chamber 4. The fuel enters the fuel outlet chamber 5 from the opening 22 of the fuel outlet chamber 5 and is discharged from the fuel outlet 21.

このように、本実施形態の燃料電池では、入口室２、４から燃料や空気が各セル６に分配供給され、各セル６から起電反応に使用されなかった空気や燃料が、出口室３、５へ集合排出される。 Thus, in the fuel cell of the present embodiment, fuel and air are distributed and supplied from the inlet chambers 2 and 4 to each cell 6, and air and fuel not used for the electromotive reaction from each cell 6 are discharged from the outlet chamber 3. 5 are discharged together.

このような構造の燃料電池本体１は、例えば、以下の方法により製造される。まず、パラジウム合金で構成された直径が異なる２つの円筒８、９を用意する。そして、直径が小さい方を、直径の大きい方に入れる。このとき、２つの円筒の間にスペーサを配置する。続いて、２重の円筒の一端側において、２つの円筒の間のみを塞ぐ。次に、２つの円筒８、９の間に電解質１１を注入する。そして、２重の円筒８、９の他端側において、２つの円筒８、９の間のみを塞ぐ。これにより、電極８、９と電解質１１とからなる単セル６が形成される。 The fuel cell body 1 having such a structure is manufactured, for example, by the following method. First, two cylinders 8 and 9 made of palladium alloy and having different diameters are prepared. Then, the smaller diameter is placed in the larger diameter. At this time, a spacer is disposed between the two cylinders. Subsequently, only the space between the two cylinders is closed at one end of the double cylinder. Next, an electrolyte 11 is injected between the two cylinders 8 and 9. Then, only the space between the two cylinders 8 and 9 is closed on the other end side of the double cylinders 8 and 9. Thereby, the single cell 6 composed of the electrodes 8 and 9 and the electrolyte 11 is formed.

次に、単セル６の外径と同等の直径である穴を有する金属多孔体７を用意する。そして、その穴に単セル６を配置し、それらをケース１５に入れる。このようにして、図１に示される燃料電池本体１が製造される。 Next, a porous metal body 7 having a hole having a diameter equivalent to the outer diameter of the single cell 6 is prepared. And the single cell 6 is arrange | positioned to the hole, and they are put in the case 15. FIG. In this way, the fuel cell main body 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

次に、上記した構造の燃料電池の発電時における作動を説明する。 Next, the operation of the fuel cell having the above structure during power generation will be described.

燃料としては、水素または水素化合物が用いられ、酸化剤として酸素または酸化物が用いられる。燃料および酸化剤としては、気体もしくは液体が用いられる。また、水素化合物としては、例えば、シクロヘキサン、２−プロパノールが用いられる。以下では、燃料として、シクロヘキサン、酸化剤として空気中の酸素を用いる場合を説明する。燃料電池本体の作動温度は２００℃である。 Hydrogen or a hydrogen compound is used as the fuel, and oxygen or an oxide is used as the oxidant. Gas or liquid is used as the fuel and the oxidant. Moreover, as a hydrogen compound, a cyclohexane and 2-propanol are used, for example. Hereinafter, a case where cyclohexane is used as the fuel and oxygen in the air is used as the oxidant will be described. The operating temperature of the fuel cell body is 200 ° C.

まず、燃料極９に対して燃料入口室４から金属多孔体７を介してシクロヘキサンが供給される。このとき、この燃料電池では、従来の高分子電解質型燃料電池のようにカーボン拡散層を用いていないため、直接、シクロヘキサンが燃料極９に拡散する。 First, cyclohexane is supplied to the fuel electrode 9 from the fuel inlet chamber 4 through the metal porous body 7. At this time, in this fuel cell, unlike the conventional polymer electrolyte fuel cell, the carbon diffusion layer is not used, so that cyclohexane diffuses directly into the fuel electrode 9.

そして、燃料極９で、触媒の白金によりＣ_６Ｈ_１２→Ｃ_６Ｈ_６＋６Ｈ^＋＋ｅ⁻という反応が起き、シクロヘキサンからベンゼンと水素イオンと電子が生じる。このとき、触媒の白金は、より粒径の大きなパラジウム粒子上に担持されているため、活性点が３次元的に増やされていることと、反応温度が高いこととから、起電反応に対して十分な量の水素イオンと電子が生じる。 Then, at the fuel electrode 9, a reaction of C ₆ H ₁₂ → C ₆ H ₆ + 6H ⁺ + e ⁻ occurs due to platinum of the catalyst, and benzene, hydrogen ions, and electrons are generated from cyclohexane. At this time, since platinum of the catalyst is supported on palladium particles having a larger particle size, the active point is increased three-dimensionally and the reaction temperature is high. A sufficient amount of hydrogen ions and electrons.

燃料極９を構成する銀パラジウム合金は、水素イオン伝導性であるため、燃料極９は、外部負荷に電子を渡すとともに、電解質１１に水素イオンを渡す。さらに、水素イオンは、電解質１１を通過し、空気極８に到達する。空気極８も銀パラジウム合金で構成されているため、水素イオンは空気極８を通過し、空気極８の電解質１１と接する面８ａの反対側の面８ｂに到達する。 Since the silver-palladium alloy constituting the fuel electrode 9 is hydrogen ion conductive, the fuel electrode 9 passes electrons to an external load and passes hydrogen ions to the electrolyte 11. Further, hydrogen ions pass through the electrolyte 11 and reach the air electrode 8. Since the air electrode 8 is also made of a silver-palladium alloy, hydrogen ions pass through the air electrode 8 and reach the surface 8 b opposite to the surface 8 a that contacts the electrolyte 11 of the air electrode 8.

そして、その空気極８側で、空気入口室２から供給された空気中の酸素と、外部負荷から流れてきた電子を受け取って、２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋ｅ⁻→Ｈ_２Ｏという反応が起き、水が生じる。これら一連の作動によって、電子を電流として取り出すことができる。 On the air electrode 8 side, oxygen in the air supplied from the air inlet chamber 2 and electrons flowing from the external load are received, and a reaction of 2H ⁺ + 1 / 2O ₂ + e ⁻ → H ₂ O occurs. Water is produced. Through these series of operations, electrons can be taken out as current.

また、本実施形態の燃料電池では、燃料として、シクロヘキサン等の水素化合物が用いられた場合、発電時に水素化合物から生成した生成物を再度、発電前の水素化合物の状態に戻すこともできる。すなわち、燃料電池に対して充電を行うこともできる。そこで、次に、この場合における燃料電池の作動を説明する。なお、この作動時に起きる化学反応は、発電反応の反対の化学反応である。 Moreover, in the fuel cell of this embodiment, when hydrogen compounds, such as a cyclohexane, are used as a fuel, the product produced | generated from the hydrogen compound at the time of electric power generation can be returned again to the state of the hydrogen compound before electric power generation. That is, the fuel cell can be charged. Therefore, the operation of the fuel cell in this case will be described next. The chemical reaction that occurs during this operation is the opposite chemical reaction to the power generation reaction.

この場合、燃料極９に燃料電池の発電時に生成されたベンゼンを供給し、空気極８に燃料電池の発電時に生成された水を供給する。空気極８および燃料極９に対して外部電位をかける。また、燃料電池の作動温度を２００℃とする。 In this case, benzene generated at the time of power generation by the fuel cell is supplied to the fuel electrode 9, and water generated at the time of power generation by the fuel cell is supplied to the air electrode 8. An external potential is applied to the air electrode 8 and the fuel electrode 9. The operating temperature of the fuel cell is set to 200 ° C.

空気極８に水が供給されると、空気極８では、Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋１／２Ｏ_２という水の電気分解が起こり、水素と酸素が生成する。このとき、水素は、白金触媒により、Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻というように水素イオンと電子に分かれる。そして、この水素イオンは、空気極８、電解質１１、燃料極９を透過して、燃料極９の電解質１１に接する面９ａの反対側の面９ｂに到達する。 When water is supplied to the air electrode 8, the air electrode 8 undergoes water electrolysis of H ₂ O → H ₂ + 1 / 2O ₂ to generate hydrogen and oxygen. At this time, the hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons by the platinum catalyst, such as H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ . The hydrogen ions pass through the air electrode 8, the electrolyte 11, and the fuel electrode 9, and reach the surface 9 b on the opposite side of the surface 9 a that contacts the electrolyte 11 of the fuel electrode 9.

燃料極９側では、燃料極９に供給されたベンゼンが、水素イオンと、外部電位から受け取った電子と次のように反応し、Ｃ_６Ｈ_６＋６Ｈ^＋＋ｅ⁻→Ｃ_６Ｈ_１２というように、ベンゼンがシクロヘキサンに戻る。これら一連の作動によって、発電前の状況に戻すことができる。 On the fuel electrode 9 side, benzene supplied to the fuel electrode 9 reacts with hydrogen ions and electrons received from an external potential as follows, and C ₆ H ₆ + 6H ⁺ + e ⁻ → C ₆ H ₁₂ Benzene returns to cyclohexane. By this series of operations, it is possible to return to the state before power generation.

次に、本実施形態の燃料電池の主な特徴について説明する。 Next, main features of the fuel cell of the present embodiment will be described.

（１）上記したように、本実施形態の燃料電池は、銀パラジウム合金により構成された２つの電極８、９で、電解質１１が挟まれた構造である。すなわち、燃料極９が水素イオン透過性を有する銀パラジウム合金で構成されている。 (1) As described above, the fuel cell of this embodiment has a structure in which the electrolyte 11 is sandwiched between the two electrodes 8 and 9 made of a silver-palladium alloy. That is, the fuel electrode 9 is made of a silver palladium alloy having hydrogen ion permeability.

このため、以下の効果を有している。燃料電池の発電時において、燃料極９では、上記のとおり、燃料極９で、触媒の白金によりＣ_６Ｈ_１２→Ｃ_６Ｈ_６＋６Ｈ^＋＋ｅ⁻という反応が起きる。そして、生成した水素イオンは、燃料極９を透過して、電解質１１に移動する。 For this reason, it has the following effects. At the time of power generation by the fuel cell, at the fuel electrode 9, a reaction of C ₆ H ₁₂ → C ₆ H ₆ + 6H ⁺ + e ⁻ occurs at the fuel electrode 9 due to platinum of the catalyst as described above. The generated hydrogen ions pass through the fuel electrode 9 and move to the electrolyte 11.

ここで、図９に示す構造の燃料電池においても、燃料として、シクロヘキサン等の水素化合物を用いることができる。しかし、従来の燃料電池では、燃料極が水素イオン透過性ではないため、燃料極側で生成された水素イオンの電解質への移動が、燃料極により抑制されていた。このため、燃料極側に水素イオンが留まってしまい、ある程度の数の水素イオンが白金の近傍に存在した場合、Ｃ_６Ｈ_１２→Ｃ_６Ｈ_６＋６Ｈ^＋＋ｅ⁻という反応が平衡状態となる。これにより、燃料極９にシクロヘキサンが供給されても、この反応が進まず、水素イオンの生成速度が低下してしまう。 Here, also in the fuel cell having the structure shown in FIG. 9, a hydrogen compound such as cyclohexane can be used as the fuel. However, in the conventional fuel cell, since the fuel electrode is not hydrogen ion permeable, the movement of hydrogen ions generated on the fuel electrode side to the electrolyte is suppressed by the fuel electrode. For this reason, hydrogen ions remain on the fuel electrode side, and when a certain number of hydrogen ions exist in the vicinity of platinum, the reaction of C ₆ H ₁₂ → C ₆ H ₆ + 6H ⁺ + e ⁻ becomes an equilibrium state. As a result, even if cyclohexane is supplied to the fuel electrode 9, this reaction does not proceed and the production rate of hydrogen ions decreases.

これに対して、本実施形態の燃料電池では、燃料極９側で生成した水素イオンは、次々と燃料極９を通って、電解質１１に移動するため、白金近傍における水素イオンが減少する。このため、白金によるＣ_６Ｈ_１２→Ｃ_６Ｈ_６＋６Ｈ^＋＋ｅ⁻という反応は非平衡状態となる。この結果、燃料極９にシクロヘキサンが供給されても、燃料極９で次々と水素イオンが生成される。すなわち、白金と銀パラジウム合金のスピルオーバの相乗効果によって、シクロヘキサンが次々と水素イオンと電子に分かれる。 On the other hand, in the fuel cell according to the present embodiment, hydrogen ions generated on the fuel electrode 9 side sequentially move to the electrolyte 11 through the fuel electrode 9, so that hydrogen ions in the vicinity of platinum decrease. For this reason, the reaction of C ₆ H ₁₂ → C ₆ H ₆ + 6H ⁺ + e ⁻ by platinum is in a non-equilibrium state. As a result, even if cyclohexane is supplied to the fuel electrode 9, hydrogen ions are successively generated at the fuel electrode 9. That is, cyclohexane is separated into hydrogen ions and electrons one after another by the synergistic effect of spillover of platinum and silver palladium alloy.

このことから、本実施形態の燃料電池では、燃料極９側にシクロヘキサンを供給した場合、燃料極９側で、次々と水素イオンを生成させ、さらに水素イオンを速やかに電解質１１へ移動させ、空気極８側に到達させることができる。すなわち、燃料極９での水素イオンと電子等が生成する反応を促進させることができる。この結果、燃料電池全体で起きる起電反応を促進させることができる。なお、シクロヘキサンに限らず、他の燃料を用いた場合においても同様である。 From this, in the fuel cell of this embodiment, when cyclohexane is supplied to the fuel electrode 9 side, hydrogen ions are generated one after another on the fuel electrode 9 side, and further, the hydrogen ions are quickly moved to the electrolyte 11, It can reach the pole 8 side. That is, the reaction in which hydrogen ions, electrons, and the like are generated at the fuel electrode 9 can be promoted. As a result, the electromotive reaction that occurs in the entire fuel cell can be promoted. The same applies not only to cyclohexane but also to other fuels.

また、この燃料電池では、燃料極９だけでなく、空気極８も水素イオン透過性を有する銀パラジウム合金により構成されている。このため、燃料として水素化合物が用いられた場合であって、発電時に水素化合物から生成した生成物を再度、発電前の水素化合物の状態に戻す場合においても、以下に説明するように、発電時と同様に、空気極８側での水素イオンの生成反応を促進させることができる。 In this fuel cell, not only the fuel electrode 9 but also the air electrode 8 is made of a silver-palladium alloy having hydrogen ion permeability. For this reason, even when a hydrogen compound is used as the fuel and the product generated from the hydrogen compound at the time of power generation is returned to the state of the hydrogen compound before power generation, as described below, Similarly to the above, the production reaction of hydrogen ions on the air electrode 8 side can be promoted.

この場合、上記したように、空気極８に水が供給され、空気極８で、Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋１／２Ｏ_２という水の電気分解が起こる。このとき、水素は、白金触媒と銀パラジウム合金のスピルオーバの相乗効果によって、できるそばからＨ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻というように水素イオンと電子に分かれ、水素イオンは、空気極８、電解質１１、燃料極９を透過して、燃料極９の電解質１１に接する面９ａの反対側の面９ｂに到達する。 In this case, as described above, water is supplied to the air electrode 8, and water electrolysis of H ₂ O → H ₂ + 1 / 2O ₂ occurs at the air electrode 8. At this time, the hydrogen is divided into hydrogen ions and electrons from the side of H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ by the synergistic effect of the spillover of the platinum catalyst and the silver-palladium alloy. It passes through the fuel electrode 9 and reaches the surface 9b opposite to the surface 9a that contacts the electrolyte 11 of the fuel electrode 9.

このように、この燃料電池では、空気極８での水素イオンの生成反応が促進されており、速やかに生成した水素イオンを燃料極９側に移動させることができる。これにより、この燃料電池によれば、早期に、発電時に水素化合物から生成した生成物を再度、発電前の水素化合物の状態に戻すことができる。 Thus, in this fuel cell, the hydrogen ion generation reaction at the air electrode 8 is promoted, and the generated hydrogen ions can be quickly moved to the fuel electrode 9 side. Thereby, according to this fuel cell, the product produced | generated from the hydrogen compound at the time of electric power generation can be returned again to the state of the hydrogen compound before electric power generation again.

また、従来の燃料電池のように電極がカーボンにより構成されている場合、上記した充電反応において、空気極８で発生した酸素と、電極とが反応することでＣＯ_２が発生してしまう。これに対して、本実施形態の燃料電池では、電極として、従来の燃料電池のように、カーボンを用いていない。このため、この燃料電池では、電極に電位をかけてもＣＯ_２が発生しないという利点もある。 Further, when the electrode is made of carbon as in the conventional fuel cell, CO ₂ is generated by the reaction between oxygen generated in the air electrode 8 and the electrode in the above-described charging reaction. On the other hand, in the fuel cell of this embodiment, carbon is not used as an electrode unlike the conventional fuel cell. For this reason, this fuel cell has an advantage that CO ₂ is not generated even when a potential is applied to the electrode.

（２）また、本実施形態の燃料電池では、空気極８および燃料極９は、銀パラジウム合金板で構成されている。これにより、セル６はこれらの電極８、９により形状が保たれている。 (2) Moreover, in the fuel cell of this embodiment, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are comprised with the silver palladium alloy board. Thereby, the shape of the cell 6 is maintained by these electrodes 8 and 9.

このことから、この燃料電池では、従来の燃料電池のように、セパレータによって、セルの強度を確保する必要がない。このため、この燃料電池においては、従来の燃料電池に用いられていた構造のセパレータを省略することができ、従来の燃料電池と比較して、燃料電池スタックの容積を小さくすることができる。この結果、この燃料電池は、従来の燃料電池と比較して、燃料電池スタックの単位体積あたりの出力密度が高くなっている。 Therefore, in this fuel cell, unlike the conventional fuel cell, it is not necessary to ensure the strength of the cell by the separator. For this reason, in this fuel cell, the separator of the structure used for the conventional fuel cell can be omitted, and the volume of the fuel cell stack can be reduced as compared with the conventional fuel cell. As a result, this fuel cell has a higher output density per unit volume of the fuel cell stack than a conventional fuel cell.

また、空気極８および燃料極９が銀パラジウム合金板で構成されていることから、液体等の流動性がある電解質を用いた場合であっても、空気極８と燃料極９との間の隙間１０端部を蓋等で塞いでおけば、空気極８および燃料極９から電解質が漏れることがない。 Further, since the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are made of a silver palladium alloy plate, even when a fluid electrolyte such as a liquid is used, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are disposed between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. If the end of the gap 10 is closed with a lid or the like, the electrolyte does not leak from the air electrode 8 and the fuel electrode 9.

なお、従来のリン酸型燃料電池では、電極として一般にカーボンペーパーが用いられていたため、液状の電解質を用いた場合、電解質がカーボンペーパーからしみ出てしまう。このため、このような燃料電池では、リン酸を補充できる構造とする必要があった。これに対して、本実施形態の燃料電池によれば、リン酸を補充する必要がない。 In the conventional phosphoric acid fuel cell, since carbon paper is generally used as an electrode, when a liquid electrolyte is used, the electrolyte exudes from the carbon paper. For this reason, in such a fuel cell, it was necessary to make it the structure which can replenish phosphoric acid. On the other hand, according to the fuel cell of this embodiment, it is not necessary to replenish phosphoric acid.

（３）このように、この燃料電池では、２つの電極８、９をパラジウム合金板で構成しているため、本実施形態のように、電解質としてゲル状物質や液体を用いることができる。 (3) As described above, in this fuel cell, since the two electrodes 8 and 9 are made of a palladium alloy plate, a gel substance or a liquid can be used as an electrolyte as in this embodiment.

ここで、背景技術の欄で説明した燃料電池では、電解質として固体高分子電解質膜６１を用いていた。この高分子電解質膜６１は、膜の強度を確保する上で、薄膜化に限度があるため、一般に、電解質膜６１として、膜厚が３０〜５０μｍ程度のものが用いられている。 Here, in the fuel cell described in the background art section, the solid polymer electrolyte membrane 61 is used as the electrolyte. Since the polymer electrolyte membrane 61 has a limit in thinning in order to secure the strength of the membrane, generally, the electrolyte membrane 61 having a film thickness of about 30 to 50 μm is used.

これに対して、本実施形態の燃料電池では、ゲル状もしくは液体の電解質を用いているので、空気極８および燃料極９との間隔を、電解質に関係なく、自由に設定することができる。このため、この燃料電池では、従来のような高分子電解質膜が用いられた燃料電池と比較して、これらの電極８、９間の間隔を小さくすることができ、すなわち、電解質を薄くすることができる。これにより、この燃料電池の容積を、高分子電解質膜が用いられた燃料電池と比較して、小さくすることができる。 On the other hand, in the fuel cell of this embodiment, since the gel or liquid electrolyte is used, the distance between the air electrode 8 and the fuel electrode 9 can be freely set regardless of the electrolyte. For this reason, in this fuel cell, the distance between the electrodes 8 and 9 can be reduced as compared with a conventional fuel cell using a polymer electrolyte membrane, that is, the electrolyte is made thinner. Can do. Thereby, the volume of this fuel cell can be made small compared with the fuel cell using the polymer electrolyte membrane.

また、この燃料電池において、上記したように、高分子電解質膜を用いた燃料電池よりも電解質１１を薄くした場合、さらに、以下の効果もある。 Further, in this fuel cell, as described above, when the electrolyte 11 is made thinner than the fuel cell using the polymer electrolyte membrane, the following effects are also obtained.

この場合、電解質１１中の水素イオンの移動距離は高分子電解質膜を用いた燃料電池よりも小さいことから、電解質として、水素イオンの伝導性がある程度低いゲル物質や液体を用いたとしても、発電に必要な電解質の水素イオンの伝導性を確保することができる。 In this case, since the movement distance of hydrogen ions in the electrolyte 11 is shorter than that of a fuel cell using a polymer electrolyte membrane, even if a gel substance or liquid having a somewhat low hydrogen ion conductivity is used as the electrolyte, power generation is possible. It is possible to ensure the conductivity of hydrogen ions of the electrolyte necessary for the above.

また、一般に、燃料電池システムでは、燃料電池の酸化剤極側で起きる反応は発熱反応であることから、それによって、電解質の温度が耐熱温度を超えないように、セルを冷却するための冷却装置を備えている。なお、燃料極側で起きる反応は、発熱でも吸熱反応でもない。 In general, in a fuel cell system, the reaction that occurs on the oxidant electrode side of the fuel cell is an exothermic reaction, and thereby a cooling device for cooling the cell so that the temperature of the electrolyte does not exceed the heat resistance temperature. It has. The reaction that takes place on the fuel electrode side is neither exothermic nor endothermic reaction.

これに対して、本実施形態の燃料電池において、燃料として例えばシクロヘキサンを用いた場合、燃料極９側でシクロヘキサンから水素イオンと電子とに分解される反応が起きる。この反応は吸熱反応である。このため、電極８、９が銀パラジウム合金により構成されていることもあわせて、空気極８側で発生した熱を燃料極９で奪うことができる。 On the other hand, in the fuel cell of the present embodiment, when cyclohexane, for example, is used as the fuel, a reaction that decomposes from cyclohexane into hydrogen ions and electrons occurs on the fuel electrode 9 side. This reaction is an endothermic reaction. For this reason, the heat generated on the air electrode 8 side can be taken away by the fuel electrode 9 together with the fact that the electrodes 8 and 9 are made of silver palladium alloy.

これにより、この燃料電池によれば、燃料極９側を従来のように冷却する必要がないため、冷却装置に必要な冷却能力を小さくでき、もしくは、冷却装置自体が不要とすることができる。 Thereby, according to this fuel cell, it is not necessary to cool the fuel electrode 9 side as in the conventional case, so that the cooling capacity required for the cooling device can be reduced, or the cooling device itself can be made unnecessary.

（４）また、本実施形態の燃料電池は、空気極８および燃料極９の表面のうち、電解質１１と接する面８ａ、９ａと反対側の面８ｂ、９ｂに、白金コロイドがパラジウムコロイドを介して担持された構造である。このため、この燃料電池は、高分子電解質型燃料電池において、一般に、触媒を電極に固定する役割をも有していた拡散層が省略された構造となっている。 (4) Further, in the fuel cell of the present embodiment, the colloidal platinum is placed on the surfaces 8b and 9b opposite to the surfaces 8a and 9a in contact with the electrolyte 11 among the surfaces of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 via the palladium colloid. It is the structure supported by. For this reason, this fuel cell generally has a structure in which a diffusion layer having a role of fixing the catalyst to the electrode is omitted in the polymer electrolyte fuel cell.

これにより、この燃料電池のような構造とすることで、一般的な高分子電解質型燃料電池と比較して、燃料電池の構造を簡略化することができる。 Thereby, by setting it as a structure like this fuel cell, the structure of a fuel cell can be simplified compared with a general polymer electrolyte fuel cell.

また、上記したように、拡散層を用いた構造の燃料電池では、燃料として、分子量が大きく、拡散速度の低い水素化合物を用いた場合、拡散層自体が水素化合物の移動を妨害し、電極上の触媒に水素化合物が供給されにくいという問題が生じていた。 Further, as described above, in a fuel cell having a structure using a diffusion layer, when a hydrogen compound having a large molecular weight and a low diffusion rate is used as the fuel, the diffusion layer itself obstructs the movement of the hydrogen compound, and There was a problem that it was difficult to supply a hydrogen compound to this catalyst.

これに対して、本実施形態の燃料電池では、拡散層を用いていないため、燃料として分子量が大きく、拡散速度の低い水素化合物を用いた場合においても、拡散層を用いた構造の燃料電池と比較して、触媒に対してその水素化合物を速やかに供給することができる。 On the other hand, since the fuel cell of this embodiment does not use a diffusion layer, even when a hydrogen compound having a large molecular weight and a low diffusion rate is used as the fuel, In comparison, the hydrogen compound can be rapidly supplied to the catalyst.

なお、本実施形態では、セル６の構造を、２つの電極８、９を円筒形状とした場合を例として説明したが、筒状であれば、断面が円の場合に限らず、多角形等他の形状とすることもできる。また、本実施形態では、電極８、９が２重の円筒形状である場合を例として説明したが、２重に限らず、空気極８および燃料極９を交互に４重、６重等の同心円状に多重に配置することで、セルもしくはスタックを構成することもできる。 In the present embodiment, the structure of the cell 6 has been described as an example in which the two electrodes 8 and 9 are formed in a cylindrical shape. However, the cylindrical shape is not limited to a circular shape as long as the shape is cylindrical. Other shapes can also be used. Further, in the present embodiment, the case where the electrodes 8 and 9 have a double cylindrical shape has been described as an example. A cell or a stack can also be formed by arranging a plurality of concentric circles.

また、本実施形態では、空気極８が燃料極９の内側に配置された場合を例として説明したが、空気極８と燃料極９との位置を入れ替え、燃料極９を空気極８の内側に配置することもできる。 In the present embodiment, the case where the air electrode 8 is disposed inside the fuel electrode 9 has been described as an example. However, the positions of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are interchanged, and the fuel electrode 9 is placed inside the air electrode 8. It can also be arranged.

（第２実施形態）
図４（ａ）に、本発明の第２実施形態における燃料電池の構成を示し、図４（ｂ）に、図４（ａ）中のＣ−Ｃ’線断面図を示す。本実施形態の燃料電池は、電極が水素イオン透過性の金属板により構成されているが、燃料極の形状が第１実施形態の燃料電池とは異なるものである。なお、図４では、図１、２に示される燃料電池と同様の構造部には、これらと同じ符合を付している。 (Second Embodiment)
FIG. 4A shows the configuration of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. In the fuel cell of the present embodiment, the electrode is formed of a hydrogen ion permeable metal plate, but the shape of the fuel electrode is different from that of the fuel cell of the first embodiment. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same structural portions as those of the fuel cell shown in FIGS.

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料電池本体１は、空気極８、燃料極９、電解質１１から構成されたセル３０と金属多孔体７とを備えている。燃料電池本体１内では、セル３０が水平方向に平行となるように、高さ方向に複数配置されている。そして、それらのセル３０の間に金属多孔体７が配置されている。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the fuel cell main body 1 includes a cell 30 composed of an air electrode 8, a fuel electrode 9, and an electrolyte 11, and a porous metal body 7. In the fuel cell main body 1, a plurality of cells 30 are arranged in the height direction so as to be parallel to the horizontal direction. And the metal porous body 7 is arrange | positioned between those cells 30. FIG.

セル３０は、２枚の平板形状の燃料極９が平行に配置され、その間に複数の円筒形状の空気極８が配置された構造である。各空気極８は互いに離間して、平行に配置されている。また、各空気極８は互いに平行に配置されている。空気極８と燃料極９も互いに離間して配置されている。なお、空気極８および燃料極９は、第１実施形態と同様に、水素イオン透過性の金属により構成されている。また、空気極８および燃料極９の表面には、触媒コロイドが担持された金属コロイドが付着されている。 The cell 30 has a structure in which two flat fuel electrodes 9 are arranged in parallel, and a plurality of cylindrical air electrodes 8 are arranged therebetween. The air electrodes 8 are spaced apart from each other and arranged in parallel. The air electrodes 8 are arranged in parallel to each other. The air electrode 8 and the fuel electrode 9 are also spaced apart from each other. The air electrode 8 and the fuel electrode 9 are made of hydrogen ion permeable metal, as in the first embodiment. A metal colloid carrying a catalyst colloid is attached to the surfaces of the air electrode 8 and the fuel electrode 9.

また、図示しないが、空気極８と燃料極９との間にスペーサが配置されている。そして、空気極８と燃料極９との間に、ゲルもしくは液体の電解質１１が充填されている。すなわち、空気極８と燃料極９とにより電解質１１が挟まれている。なお、セルは、一般に１つの電池を意味するが、本実施形態におけるセル３０は、複数の電池を有するものである。 Although not shown, a spacer is disposed between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. A gel or liquid electrolyte 11 is filled between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. That is, the electrolyte 11 is sandwiched between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. In addition, although a cell generally means one battery, the cell 30 in the present embodiment has a plurality of batteries.

このような構成の燃料電池においても、第１実施形態の燃料電池と同様に作動する。 The fuel cell having such a configuration also operates in the same manner as the fuel cell of the first embodiment.

本実施形態の燃料電池においても、空気極８および燃料極９が銀パラジウム合金等の水素イオン透過性の金属板により構成されており、空気極８および燃料極９により電解質１１が挟まれている。また、この燃料電池においても、ゲルもしくは液体の電解質１１が用いられており、従来の燃料電池が有しているような構造のセパレータを用いていない。このため、この燃料電池においても、第１実施形態と同じ効果を有している。 Also in the fuel cell of the present embodiment, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are made of a hydrogen ion permeable metal plate such as a silver palladium alloy, and the electrolyte 11 is sandwiched between the air electrode 8 and the fuel electrode 9. . Also in this fuel cell, gel or liquid electrolyte 11 is used, and a separator having a structure as that of a conventional fuel cell is not used. For this reason, this fuel cell also has the same effect as the first embodiment.

なお、本実施形態においても、電解質１１として固体電解質を用いることもできる。また、本実施形態では、燃料極９を平板形状とし、空気極８を円筒形状としているが、その反対に、燃料極９を円筒形状、空気極８を平板形状とすることもできる。 Also in this embodiment, a solid electrolyte can be used as the electrolyte 11. In the present embodiment, the fuel electrode 9 has a flat plate shape and the air electrode 8 has a cylindrical shape. Conversely, the fuel electrode 9 may have a cylindrical shape and the air electrode 8 may have a flat plate shape.

（第３実施形態）
図５に、本発明の第３実施形態における燃料電池の構成を示す。また、図６（ａ）に図５中の領域Ｄの拡大図を示し、図６（ｂ）、（ｃ）に、それぞれ図５中の上蓋３２と、下蓋３３を示す。なお、図６（ｂ）、（ｃ）は、図５において上方向から上蓋３２および下蓋３３を見たときの図である。また、図６（ａ）では、図１、２に示された燃料電池と同様の構造部には、これらと同じ符合を付している。 (Third embodiment)
FIG. 5 shows the configuration of the fuel cell according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6A shows an enlarged view of the region D in FIG. 5, and FIGS. 6B and 6C show the upper lid 32 and the lower lid 33 in FIG. 5, respectively. 6B and 6C are views when the upper lid 32 and the lower lid 33 are viewed from above in FIG. In FIG. 6A, the same reference numerals are given to the same structural portions as those of the fuel cell shown in FIGS.

本実施形態の燃料電池は、電極が水素イオン透過性の金属板により構成されているが、空気極８および燃料極９の形状が、第１実施形態の燃料電池と異なるものである。 In the fuel cell of the present embodiment, the electrodes are made of a hydrogen ion permeable metal plate, but the shapes of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are different from those of the fuel cell of the first embodiment.

図５、６（ａ）に示すように、この燃料電池１は、円筒状のケース３１と、上蓋３２と、下蓋３３と、上蓋３２に形成された燃料排出通路３４および空気供給通路３５と、下蓋３３に形成された燃料供給通路３６および空気排出通路３７と、ケース３１の中に配置された空気極８、燃料極９、電解質１１とを備えている。 As shown in FIGS. 5 and 6 (a), the fuel cell 1 includes a cylindrical case 31, an upper lid 32, a lower lid 33, a fuel discharge passage 34 and an air supply passage 35 formed in the upper lid 32. The fuel supply passage 36 and the air discharge passage 37 formed in the lower lid 33, and the air electrode 8, the fuel electrode 9, and the electrolyte 11 disposed in the case 31 are provided.

ケース３１の中に配置された空気極８および燃料極９は、平らな水素イオン透過性の金属板により構成されており、電解質１１を挟み込んだ状態で、これらの電極８、９および電解質１１が、海苔巻きのように、巻かれた形状となっている。 The air electrode 8 and the fuel electrode 9 disposed in the case 31 are formed of a flat hydrogen ion permeable metal plate, and the electrodes 8 and 9 and the electrolyte 11 are in a state of sandwiching the electrolyte 11. It has a rolled shape, like a seaweed roll.

具体的には、図６（ａ）に示すように、左側から順に、空気極８、電解質１１、燃料極９、燃料通過用の金属多孔体３８、燃料極９、電解質１１、空気極８、空気通過用の金属多孔体３９が積層されており、燃料電池１は、この平らな状態の８層が一端側から丸められた構造となっている。言い換えると、この燃料電池１は、この８層の一端側が反対側の他端側よりも内側に位置するように、この８層が巻き込まれた構造となっている。すなわち、この燃料電池１では、この８層が、上蓋３２や下蓋３３と平行な断面において、渦巻き形状となっている。なお、このケース３１内の電極８、９等は、平らな状態でこれらの８層が積層され、一端側から丸められることで製造される。 Specifically, as shown in FIG. 6A, in order from the left side, the air electrode 8, the electrolyte 11, the fuel electrode 9, the fuel-passing metal porous body 38, the fuel electrode 9, the electrolyte 11, the air electrode 8, The metal porous body 39 for passing air is laminated, and the fuel cell 1 has a structure in which eight flat layers are rounded from one end side. In other words, the fuel cell 1 has a structure in which the eight layers are wound so that one end side of the eight layers is positioned inside the other end side on the opposite side. That is, in the fuel cell 1, the eight layers have a spiral shape in a cross section parallel to the upper lid 32 and the lower lid 33. The electrodes 8, 9 and the like in the case 31 are manufactured by laminating these eight layers in a flat state and rounding from one end side.

燃料通過用の金属多孔体３８および空気通過用の金属多孔体３９は、第１実施形態の燃料電池における金属多孔体７と同様のものである。また、電解質１１は、第１実施形態と同様のものである。例えば、リン酸等の液体を多孔質体のマトリックスにしみ込ませたものを電解質１１として用いることもできる。 The metal porous body 38 for fuel passage and the metal porous body 39 for air passage are the same as the metal porous body 7 in the fuel cell of the first embodiment. The electrolyte 11 is the same as that in the first embodiment. For example, a material in which a liquid such as phosphoric acid is impregnated into a porous matrix can be used as the electrolyte 11.

ケース３１、上蓋３２、下蓋３３は、セラミックスや樹脂等の絶縁体により構成されている。上蓋３２は＋側の電極部３２ａを備えており、下蓋３３は図示しない−側の電極部を備えている。 The case 31, the upper lid 32, and the lower lid 33 are made of an insulator such as ceramic or resin. The upper lid 32 includes a positive electrode portion 32a, and the lower lid 33 includes a negative electrode portion (not shown).

また、上蓋３２および下蓋３３の電極８、９側には、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、溝３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａが形成されている。これらの溝３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａにより、燃料排出通路３４、空気供給通路３５、燃料供給通路３６および空気排出通路３７が構成されている。 Further, grooves 34a, 35a, 36a, and 37a are formed on the electrodes 8 and 9 side of the upper lid 32 and the lower lid 33, as shown in FIGS. These grooves 34a, 35a, 36a, and 37a constitute a fuel discharge passage 34, an air supply passage 35, a fuel supply passage 36, and an air discharge passage 37.

上蓋３２において、燃料排出通路３４および空気供給通路３５は、所定間隔を設けて並んだ状態で、かつ、渦巻き状に配置されており、それぞれ、燃料通過用の金属多孔体３８および空気通過用の金属多孔体３９と対向するように配置されている。 In the upper lid 32, the fuel discharge passage 34 and the air supply passage 35 are arranged in a spiral shape in a state where they are arranged at a predetermined interval, and are respectively a metal porous body 38 for fuel passage and an air passage for air passage. It arrange | positions so that the metal porous body 39 may be opposed.

一方、下蓋３３において、燃料供給通路３６および空気排出通路３７も、並んだ状態で、かつ、渦巻き状に配置されており、それぞれ、燃料通過用の金属多孔体３８および空気通過用の金属多孔体３９と対向するように配置されている。 On the other hand, in the lower lid 33, the fuel supply passage 36 and the air discharge passage 37 are also arranged side by side and in a spiral shape, and the fuel-passing metal porous body 38 and the air-passing metal porous body, respectively. It arrange | positions so that the body 39 may be opposed.

このように構成された燃料電池１では、外部から空気が供給された場合、図５に示すように、空気は、上蓋３２の空気供給通路３５に入り、空気供給通路３５から下に向かって、空気通過用の金属多孔体３９中を流れる。そして、未反応の空気が、下蓋３３の空気排出通路３７から燃料電池１の外部に放出される。一方、外部から燃料が供給された場合、図５に示すように、燃料は、下蓋３３の燃料供給通路３６に入り、燃料供給通路３６から上に向かって、燃料通過用の金属多孔体３８中を流れる。そして、未反応の燃料は、上蓋３２の燃料排出通路３４から燃料電池１の外部に放出される。 In the fuel cell 1 configured as described above, when air is supplied from the outside, as shown in FIG. 5, the air enters the air supply passage 35 of the upper lid 32 and moves downward from the air supply passage 35. It flows through the metal porous body 39 for passing air. Then, unreacted air is discharged from the air discharge passage 37 of the lower lid 33 to the outside of the fuel cell 1. On the other hand, when fuel is supplied from the outside, as shown in FIG. 5, the fuel enters the fuel supply passage 36 of the lower lid 33 and moves upward from the fuel supply passage 36 to the porous metal body 38 for fuel passage. Flowing through. Unreacted fuel is discharged from the fuel discharge passage 34 of the upper lid 32 to the outside of the fuel cell 1.

このような構成の燃料電池は、第１実施形態の燃料電池と同様に作動する。 The fuel cell having such a configuration operates in the same manner as the fuel cell of the first embodiment.

また、上記したように、本実施形態の燃料電池においても、空気極８および燃料極９が水素イオン透過性の金属板により構成されている。さらに、この燃料電池においても、従来の燃料電池が有しているような構造のセパレータを用いていない。このため、この燃料電池においても、第１実施形態と同じ効果を有している。 Further, as described above, also in the fuel cell of the present embodiment, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are constituted by a hydrogen ion permeable metal plate. Further, this fuel cell does not use a separator having a structure as that of a conventional fuel cell. For this reason, this fuel cell also has the same effect as the first embodiment.

（第４実施形態）
図７に、本発明の第４実施形態における燃料電池の断面図を示す。本実施形態の燃料電池は、電極が水素イオン透過性の金属板により構成されているが、空気極８および燃料極９の形状が、第１実施形態の燃料電池と異なるものである。なお、図７では、図１、２に示された燃料電池と同様の構造部には、これらと同じ符合を付している。 (Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention. In the fuel cell of the present embodiment, the electrodes are made of a hydrogen ion permeable metal plate, but the shapes of the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are different from those of the fuel cell of the first embodiment. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same structural portions as those of the fuel cell shown in FIGS.

図７に示すように、本実施形態の燃料電池では、セル６が、それぞれ平板形状である空気極８および燃料極９により、電解質１１が挟み込まれており、これらが２つのセパレータ４１に挟み込まれた構造である。 As shown in FIG. 7, in the fuel cell of this embodiment, the cell 6 is sandwiched between two separators 41 with an electrolyte 11 sandwiched between an air electrode 8 and a fuel electrode 9 each having a flat plate shape. Structure.

空気極８および燃料極９は、第１実施形態と同様に、水素イオン透過性の金属により構成されている。また、空気極８および燃料極９の表面には、触媒コロイドが担持された金属コロイドが付着されている。 The air electrode 8 and the fuel electrode 9 are made of hydrogen ion permeable metal, as in the first embodiment. A metal colloid carrying a catalyst colloid is attached to the surfaces of the air electrode 8 and the fuel electrode 9.

電解質１１としては、ゲル状、液体もしくは固体の電解質が用いられている。ゲルもしくは液体の電解質が用いられている場合では、図示しないが、セル６から電解質１１が漏れないように、電解質１１が密閉されている。また、固体の電解質としては、例えば、高分子電解質膜もしくはリン酸系ガラス、多孔質セラミックス等の無機化合物から構成された固体電解質が用いられる。 As the electrolyte 11, a gel-like, liquid, or solid electrolyte is used. In the case where a gel or liquid electrolyte is used, although not shown, the electrolyte 11 is sealed so that the electrolyte 11 does not leak from the cell 6. In addition, as the solid electrolyte, for example, a polymer electrolyte membrane or a solid electrolyte composed of an inorganic compound such as phosphate glass or porous ceramic is used.

セパレータ４１は、図９に示す燃料電池と同様に、空気流路および燃料流路としての溝４２を有している。ただし、このセパレータ４１は、図９に示す従来の燃料電池と比較して、セパレータ４１の厚さ４１ａが薄くなっている。 The separator 41 has an air channel and a groove 42 as a fuel channel, similarly to the fuel cell shown in FIG. However, in this separator 41, the thickness 41a of the separator 41 is thinner than that of the conventional fuel cell shown in FIG.

このように、本実施形態の燃料電池では、２つの電極８、９が、水素イオン透過性の金属により構成され、平板形状となっている。このため、第１実施形態と同様に、燃料電池全体で起きる起電反応を促進させることができる。 Thus, in the fuel cell of this embodiment, the two electrodes 8 and 9 are made of hydrogen ion permeable metal and have a flat plate shape. For this reason, like the first embodiment, the electromotive reaction that occurs in the entire fuel cell can be promoted.

また、この燃料電池では、電極８、９でセル６の形状を保つことができることから、セパレータ４１の厚さ４１ａを図９に示すような従来の燃料電池と比較して、薄くすることができる。この結果、本実施形態の燃料電池においても、燃料電池スタックの単位体積あたりの出力密度を、従来の燃料電池よりも高くすることができる。なお、図７では、溝４２の幅４２ａと深さ４２ｂは、図９に示す燃料電池と同じであるが、溝４２の幅４２ａと深さ４２ｂを、図９に示す燃料電池よりも小さくすることもできる。 Further, in this fuel cell, since the shape of the cell 6 can be maintained by the electrodes 8 and 9, the thickness 41a of the separator 41 can be made thinner than the conventional fuel cell as shown in FIG. . As a result, also in the fuel cell of this embodiment, the output density per unit volume of the fuel cell stack can be made higher than that of the conventional fuel cell. In FIG. 7, the width 42a and depth 42b of the groove 42 are the same as the fuel cell shown in FIG. 9, but the width 42a and depth 42b of the groove 42 are made smaller than the fuel cell shown in FIG. You can also

また、この燃料電池においても、ゲル状もしくは液体の電解質を用いた場合では、第１実施形態と同様に、燃料電池の容積を、高分子電解質膜が用いられた燃料電池と比較して、小さくすることができる等の効果を有する。 Also in this fuel cell, when a gel-like or liquid electrolyte is used, the volume of the fuel cell is smaller than that of the fuel cell using the polymer electrolyte membrane, as in the first embodiment. It has the effect that it can do.

（第５実施形態）
図８（ａ）に、本発明の第５実施形態における燃料電池の構成を示し、図８（ｂ）に、図８（ａ）中の一点鎖線領域Ｅの拡大図を示す。本実施形態の燃料電池は、電極が水素イオン透過性の金属膜により構成されており、電解質の形状が第１実施形態の燃料電池と異なるものである。 (Fifth embodiment)
FIG. 8A shows the configuration of the fuel cell according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 8B shows an enlarged view of the one-dot chain line region E in FIG. 8A. In the fuel cell of the present embodiment, the electrode is made of a hydrogen ion permeable metal film, and the shape of the electrolyte is different from that of the fuel cell of the first embodiment.

本実施形態の燃料電池は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料電池本体１が、複数の小室５１を有するハニカム形状の固体電解質５２と、小室５１の内壁面５３に形成された空気極５８、燃料極５９とを備えている。空気極５８が形成された小室５１が空気流路であり、燃料極５９が形成された小室５１が燃料流路である。 In the fuel cell of this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the fuel cell body 1 is formed on a honeycomb-shaped solid electrolyte 52 having a plurality of small chambers 51 and an inner wall surface 53 of the small chambers 51. The air electrode 58 and the fuel electrode 59 are provided. The small chamber 51 in which the air electrode 58 is formed is an air flow path, and the small chamber 51 in which the fuel electrode 59 is formed is a fuel flow path.

固体電解質５２は、無機化合物から構成されたものであり、水素イオン透過性の多孔質セラミックスである。この固体電解質５２は、それ自体で形状を支えることができる強度を有している。１つの小室５１は、図８（ｂ）に示すように、開口部の形状が四角形であり、筒状になっている。したがって、小室５１は４つの内壁面５３を有しており、この内壁面５３によって空洞が構成されている。なお、１つの小室５１は隣の小室５１と分離されている。 The solid electrolyte 52 is composed of an inorganic compound, and is a hydrogen ion permeable porous ceramic. The solid electrolyte 52 has a strength capable of supporting the shape by itself. As shown in FIG. 8B, one small chamber 51 has a rectangular opening shape and is cylindrical. Therefore, the small chamber 51 has four inner wall surfaces 53, and the inner wall surface 53 forms a cavity. One small chamber 51 is separated from the adjacent small chamber 51.

また、１つの小室５１において、全ての内壁面５３には、空気極５８および燃料極５９のどちらか一方が配置されている。ただし、空気極５８および燃料極５９は、図８（ｂ）に示すように、空気極５８と燃料極５９とが隣り合うように配置されている。すなわち、空気極５８と燃料極５９とが、それぞれ交互に縦方向と横方向に配置されている。これにより、空気極５８および燃料極５９により、固体電解質５２が挟まれた構造となっている。 In one small chamber 51, either the air electrode 58 or the fuel electrode 59 is disposed on all inner wall surfaces 53. However, the air electrode 58 and the fuel electrode 59 are arranged so that the air electrode 58 and the fuel electrode 59 are adjacent to each other as shown in FIG. That is, the air electrode 58 and the fuel electrode 59 are alternately arranged in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. As a result, the solid electrolyte 52 is sandwiched between the air electrode 58 and the fuel electrode 59.

空気極５８および燃料極５９は、水素イオン透過性の金属膜により構成されている。ここでいう金属膜とは、それ自体では形状を保つことができない程度の薄さの形状を意味する。具体的には、０．１ｍｍよりも薄いものであり、例えば、数μｍ程度のものが金属膜に該当する。この金属膜は、例えば、固体電解質５２の表面上にスパッタリング法、蒸着法、メッキ法もしくはそれらを組み合わせた方法で形成される。また、空気極５８および燃料極５９の表面には、第１実施形態と同様に、触媒コロイドが担持されている。 The air electrode 58 and the fuel electrode 59 are made of a hydrogen ion permeable metal film. The metal film here means a shape that is thin enough that the shape cannot be maintained by itself. Specifically, the thickness is less than 0.1 mm, and for example, a thickness of about several μm corresponds to the metal film. This metal film is formed on the surface of the solid electrolyte 52 by, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or a combination thereof. Further, similar to the first embodiment, a catalyst colloid is supported on the surfaces of the air electrode 58 and the fuel electrode 59.

また、この燃料電池では、空気極５８が配置された小室５１内に空気が供給され、燃料極５９が配置された小室５１内に燃料が供給される。なお、燃料電池の発電時における作動は、第１実施形態と同様である。 In this fuel cell, air is supplied into the small chamber 51 in which the air electrode 58 is disposed, and fuel is supplied into the small chamber 51 in which the fuel electrode 59 is disposed. The operation of the fuel cell during power generation is the same as that in the first embodiment.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池は、２つの電極５８、５９が、水素イオン透過性の金属により構成されている。このため、本実施形態の燃料電池によっても、第１実施形態と同様に、燃料電池全体で起きる起電反応を促進させることができる。 As described above, in the fuel cell of this embodiment, the two electrodes 58 and 59 are made of a hydrogen ion permeable metal. For this reason, the fuel cell of this embodiment can also promote the electromotive reaction that occurs in the entire fuel cell, as in the first embodiment.

また、この燃料電池では、固体電解質５２がそれ自体で形状を支えることができる強度を有しており、この固体電解質５２によって、燃料電池本体１の形状が支えられた構造となっている。このため、この燃料電池では、図９に示す燃料電池が有しているセパレータ４１が不要であり、セパレータ４１が省略された構造となっている。この結果、本実施形態の燃料電池によれば、燃料電池スタックの単位体積あたりの出力密度を、従来の燃料電池よりも高くすることができる。 Further, in this fuel cell, the solid electrolyte 52 has a strength capable of supporting the shape by itself, and the shape of the fuel cell main body 1 is supported by the solid electrolyte 52. For this reason, in this fuel cell, the separator 41 which the fuel cell shown in FIG. 9 has is unnecessary, and the separator 41 is omitted. As a result, according to the fuel cell of the present embodiment, the output density per unit volume of the fuel cell stack can be made higher than that of the conventional fuel cell.

（他の実施形態）
なお、第１〜第４実施形態において、空気極８および燃料極９が、水素イオン透過性の金属板により構成されている場合を例として説明したが、これらの各実施形態においても、第５実施形態と同様に、空気極８および燃料極９を、水素イオン透過性の金属膜で構成することもできる。この場合、電解質１１として、リン酸系ガラスもしくは多孔質セラミックス等のそれ自体がセルやスタックの形状を支えることができる強度を有する無機系の固体電解質が用いられていることが必要となる。 (Other embodiments)
In the first to fourth embodiments, the case where the air electrode 8 and the fuel electrode 9 are formed of a hydrogen ion permeable metal plate has been described as an example. Similarly to the embodiment, the air electrode 8 and the fuel electrode 9 can be formed of a hydrogen ion permeable metal film. In this case, as the electrolyte 11, it is necessary to use an inorganic solid electrolyte having such a strength that the phosphoric glass or porous ceramic itself can support the shape of the cell or stack.

本発明の第１実施形態における燃料電池の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the fuel cell in 1st Embodiment of this invention. 図１の燃料電池のＡ−Ａ’線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell of FIG. 1 taken along line A-A ′. 図２中の領域Ｂの拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region B in FIG. 2. （ａ）は本発明の第２実施形態における燃料電池の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の燃料電池のＣ−Ｃ’線断面図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the fuel cell in 2nd Embodiment of this invention, (b) is the C-C 'sectional view taken on the line of the fuel cell of (a). 本発明の第３実施形態における燃料電池の斜視図であるIt is a perspective view of the fuel cell in 3rd Embodiment of this invention. （ａ）は図５に示される燃料電池の領域Ｄの拡大図であり、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図５の燃料電池における上蓋３２と、下蓋３３を示す図である。(A) is an enlarged view of the region D of the fuel cell shown in FIG. 5, and (b) and (c) are views showing the upper lid 32 and the lower lid 33 in the fuel cell of FIG. 5, respectively. 本発明の第４実施形態における燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell in 4th Embodiment of this invention. （ａ）は本発明の第５実施形態における燃料電池の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中の領域Ｅの拡大図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the fuel cell in 5th Embodiment of this invention, (b) is an enlarged view of the area | region E in (a). 従来における燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the conventional fuel cell.

Explanation of symbols

１…スタック、２…空気入口室、３…空気出口室、
４…燃料入口室、５…燃料出口室、６、３０…セル、
７…金属多孔体、８、５８…空気極、９、５９…燃料極、１０…隙間、
１１…電解質、１２…触媒コロイド、１３…金属コロイド、
１５、３１…ケース、３２…上蓋、３３…下蓋、
３４…燃料排出通路、３５…空気供給通路、
３６…燃料供給通路、３７…空気排出通路、
３８…燃料通過用の金属多孔体、３９…空気通過用の金属多孔体、
４１…セパレータ、４２…溝、５１…小室、５２…固体電解質。 1 ... stack, 2 ... air inlet chamber, 3 ... air outlet chamber,
4 ... Fuel inlet chamber, 5 ... Fuel outlet chamber, 6, 30 ... Cell,
7 ... porous metal, 8, 58 ... air electrode, 9, 59 ... fuel electrode, 10 ... gap,
11 ... electrolyte, 12 ... catalyst colloid, 13 ... metal colloid,
15, 31 ... case, 32 ... upper lid, 33 ... lower lid,
34 ... Fuel discharge passage, 35 ... Air supply passage,
36 ... Fuel supply passage, 37 ... Air discharge passage,
38 ... Metal porous body for fuel passage, 39 ... Metal porous body for air passage,
41 ... separator, 42 ... groove, 51 ... chamber, 52 ... solid electrolyte.

Claims

A fuel cell, characterized in that an electrolyte (11, 52) is sandwiched between two electrodes (8, 9, 58, 59) made of hydrogen ion permeable metal.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the electrodes (8, 9) are plate-shaped.

The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the two electrodes have a cylindrical shape, and one (8) of the two electrodes is disposed inside the other (9).

Of the two electrodes (8, 9), one (8) has a cylindrical shape and the other (9) has a flat plate shape, and the cylindrical electrode (9) is interposed between the two flat plate electrodes (9). 8. The fuel cell according to claim 1, wherein an electrolyte (11) is disposed between the flat plate-shaped electrode and the cylindrical electrode.

3. The fuel cell according to claim 1, wherein a structure in which the electrolyte is sandwiched between the two flat electrodes is wound.

6. The fuel cell according to claim 2, wherein the electrolyte is liquid or gel.

The fuel cell according to claim 6, wherein a spacer is disposed between the two electrodes.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte (52) is a solid material composed of an inorganic compound, and the electrodes (58, 59) are hydrogen ion-permeable metal films.

The fuel cell according to claim 8, wherein the metal film is formed on the surface of the electrolyte by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or a combination thereof.

The electrolyte (52) has a honeycomb shape having a plurality of small chambers (51), and one of the two electrodes (58, 59) is disposed on the inner wall surface (53) of the small chamber. The fuel cell according to claim 8 or 9, characterized in that

A metal colloid (13) is fixed to the surfaces (8b, 9b) opposite to the surfaces (8a, 9a) in contact with the electrolyte among the surfaces of the electrode, and the catalyst colloid (12) is attached to the metal colloid. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is supported.