專利名稱:燃料電池的運轉方法及燃料電池以及搭載了它的攜帶機器的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及將有機化合物作為燃料使用的燃料電池、燃料電池的運轉方法、搭載了燃料電池的攜帶機器及攜帶電話。
背景技術:
固體高分子型燃料電池將全氟磺酸膜之類的固體高分子電解質膜作為電解質,在該膜的兩面接合燃料極及氧化劑極而構成。向燃料極供給氫,向氧化劑極供給氧,利用電化學反應進行發(fā)電。
燃料極及氧化劑極中,分別產生反應式(1)及反應式(2)的電化學反應。
燃料極(1)氧化劑極(2)利用這些反應,固體高分子型燃料電池就可以在常溫·常壓下獲得1A/cm2以上的高輸出。
燃料極及氧化劑極包含擔載了催化物質的碳粒子和固體高分子電解質的混合體。一般來說,該混合體被涂布在成為燃料的氣體擴散層的復寫紙等電極基體上。通過利用這2個電極將固體高分子電解質膜夾持、熱壓接,形成燃料電池。
該燃料電池中,向燃料極供給的氫氣如所述反應式(1)所示,穿過電極中的貫穿孔而到達催化劑,放出電子而成為氫離子。被放出的電子穿過燃料極內的碳粒子而被向外部電路導出,從外部電路流入氧化劑極。
另一方面,在燃料極中產生的氫離子穿過配置在燃料極中的固體高分子電解質及兩電極間的固體高分子電解質膜而到達氧化劑極。該氫離子與向氧化劑極供給的氧及從外部電路流入的電子反應,如所述反應式(2)所示生成水。其結果是,外部電路中,電子從燃料極向氧化劑極流動,輸出電能。
以上雖然對將氫作為燃料的燃料電池進行了說明,但是近年來,以甲醇等有機化合物作為燃料使用的燃料電池的研究開發(fā)也正在熱烈地進行之中。作為此種燃料電池,有以將有機化合物改性為氫氣而作為燃料使用的燃料電池、以直接甲醇型燃料電池為代表的那樣的不對有機液體燃料進行改性而直接向燃料極供給的燃料電池。其中,后者的燃料電池由于是將甲醇等有機液體燃料直接向燃料極供給的構造,因此就不需要改性器之類的裝置。由此,就可以使電池的構成簡單化,從而能夠使裝置整體小型化。另外,與氫氣或烴氣體等氣體燃料相比,有機液體燃料在安全性、攜帶性方面更為優(yōu)越。由此,使用了此種有機液體燃料的燃料電池將來被期待搭載于攜帶電話、筆記本型電腦及PDA等攜帶信息機器(攜帶機器)中。
但是,如所述反應式(2)所示那樣,在氧化劑極中生成水。為了將其從氧化劑極中除去,提出了如下的技術方案。
在特開2002-184430號公報中,公布有燃料電池的技術。該技術的燃料電池在氧化劑氣體流路及燃料氣體流路的至少一方中具備壓電元件及振動板。利用該壓電元件及振動板的振動,將氧化劑極的水有效地除去。但是,由于將該壓電元件及振動板設于電池內,因此制造程序及構造復雜化。
另外,在特開2002-203585號公報中,公布有燃料電池的技術。該技術的燃料電池具備使燃料極及氧反應極或隔膜振動的勵振器。利用該勵振器,就可以將氧反應極及燃料極的水排除。但是,由于為了驅動該勵振器,需要另外的電源,因此難以充分地實現小型化·輕量化。
另一方面,在使用了有機液體燃料例如甲醇的燃料電池中,如下所述那樣,燃料極中生成的二氧化碳的除去也是重要的課題。
使用甲醇的燃料電池的燃料極及氧化劑極中產生的電化學反應分別以下述反應式(3)及(4)表示。
燃料極(3)氧化劑極(4)如所述反應式(3)中表示所示,在燃料極中產生二氧化碳。為了順利地進行發(fā)電,有必要將甲醇有效地向金屬催化劑表面供給,使所述反應式(3)的反應活躍地發(fā)生。但是,以往的燃料電池中,有時因所述反應式(3)產生的二氧化碳滯留在燃料極中,形成氣泡。這樣,就會阻礙燃料極的催化反應。其結果是,還會有無法獲得穩(wěn)定的輸出的情況。
作為相關的技術,在特開2001-102070號公報中公布有燃料電池的技術。該技術的燃料電池具有電解質膜、燃料極、氧化劑極、燃料容器及分離膜。燃料極及氧化劑極夾隔電解質膜而相面對地配置。燃料容器將液體燃料保持在燃料極表面。分離膜被設于燃料容器中,將二氧化碳及液體燃料分離,將從燃料極中生成的二氧化碳選擇性地向燃料容器外排出。
作為相關技術,在特開2002-56856號公報中公布有使用液體燃料的燃料電池的技術。該技術的燃料電池具有在電解質中配設了具備催化劑部的燃料極及氧化劑極的構造。在電解質和燃料極的催化劑部的交界部分,在電解質或催化劑部表面,形成有液體燃料供給用的流路槽。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于,提供從燃料極中將二氧化碳有效地除去并獲得穩(wěn)定的輸出的燃料電池及使用它的攜帶信息機器(攜帶機器)。
本發(fā)明的另外的目的在于,提供具有簡便的制造程序及構造的高輸出的燃料電池及使用它的攜帶信息機器(攜帶機器)。
為了解決所述問題,本發(fā)明的燃料電池具備包括燃料極和氧化劑極并作為燃料向燃料極供給有機液體燃料、向氧化劑極供給氧化劑而產生電能的燃料電池主體、以使燃料極振動而將在燃料極中產生的二氧化碳除去的方式產生振動的振動發(fā)生部。
在所述的燃料電池中,還具備基于燃料電池主體的輸出,控制振動發(fā)生部的驅動的控制部。
在所述的燃料電池中,還具備將驅動振動發(fā)生部的交流電能向振動發(fā)生部供給的電能供給部。
在所述的燃料電池中,振動發(fā)生部由燃料電池主體的輸出的一部分驅動。
在所述的燃料電池中,振動發(fā)生部包括產生振動的壓電振子。
在所述的燃料電池中,振動發(fā)生部被設于燃料電池主體上。
在所述的燃料電池中,還具備設置了燃料電池主體和振動發(fā)生部的支撐體。支撐體將振動向燃料電池主體傳遞。
在所述的燃料電池中,燃料電池主體具備多孔性的集電體。集電體被親水性涂覆材料涂覆。
在所述的燃料電池中,燃料電池主體包括多孔性的集電體。集電體被疏水性涂覆材料涂覆。
在所述的燃料電池中,燃料極具備集電體、使一方的面與集電體接觸而使另一方的面與固體高分子電解質膜接觸的燃料極催化劑層。集電體具有貫穿孔。貫穿孔的燃料極催化劑層一側的面的直徑小于相反的面的直徑。
為了解決所述問題,本發(fā)明的攜帶機器(攜帶信息機器)具備筐體、保持在筐體上的燃料電池。其中,燃料電池具備被設于筐體內,包括燃料極和氧化劑極并作為燃料將有機液體燃料向燃料極供給并將氧化劑向氧化劑極供給而產生電能的燃料電池主體、設于筐體內以使燃料極振動而將在燃料極中生成的二氧化碳除去的方式產生振動的振動發(fā)生部。
在所述的攜帶機器中,燃料電池還具備基于燃料電池主體的輸出,控制振動發(fā)生部的驅動的控制部。
在所述的攜帶機器中,還具備將驅動振動發(fā)生部的交流電能向振動發(fā)生部供給的電能供給部。
在所述的攜帶機器中,電能供給部由燃料電池主體的輸出的一部分驅動。
在所述的攜帶機器中,振動發(fā)生部包括產生振動的壓電振子。
在所述的攜帶機器中,振動發(fā)生部被設于燃料電池主體上。
在所述的攜帶機器中,燃料電池還具備設置了燃料電池主體和振動發(fā)生部的支撐體。支撐體將振動向燃料電池主體傳遞。
在所述的攜帶機器中,燃料電池主體具備多孔性的集電體。集電體被親水性涂覆材料涂覆。
在所述的攜帶機器中,燃料電池主體包括多孔性的集電體。集電體被疏水性涂覆材料涂覆。
在所述的攜帶機器中,燃料極具備集電體、使一方的面與集電體接觸而使另一方的面與固體高分子電解質膜接觸的燃料極催化劑層。集電體具有貫穿孔。貫穿孔的燃料極催化劑層一側的面的直徑小于相反的面的直徑。
在所述的攜帶機器中,筐體具備外筐體、內包于外筐體中的內筐體、將外筐體和內筐體接合的減振材料。燃料電池被保持在內筐體上。
在所述的攜帶機器中,還具備被保持在內筐體上而將振動發(fā)生部的內筐體的振動向外筐體傳遞,通過使外筐體振動而將信息通知用戶的信息通知部。
在所述的攜帶機器中,振動發(fā)生部兼作通過使筐體振動而將信息通知用戶的信息通知部。
在所述的攜帶機器中,減振材料包含丁基橡膠類材料。
為了解決所述問題,本發(fā)明的攜帶電話具備筐體、保持在筐體上的燃料電池。所述燃料電池具備燃料電池主體、振動發(fā)生部。燃料電池主體被設于筐體內,包括燃料極和氧化劑極,將有機液體燃料向所述燃料極供給,將所述氧化劑向氧化劑極供給而產生電能。振動發(fā)生部被設于所述筐體內,以使所述燃料極振動而將在所述燃料極中生成的二氧化碳除去的方式產生振動。所述振動發(fā)生部兼作通過使筐體振動而將信息通知用戶的信息通知部。
為了解決所述問題,本發(fā)明的燃料電池的運轉方法具備(a)將有機液體燃料向燃料電池的燃料極供給并將氧化劑向氧化劑極供給而進行發(fā)電的步驟、(b)向燃料極賦予振動而將在燃料極中產生的二氧化碳除去的步驟。
在所述的燃料電池的運轉方法中,振動是通過在壓電振子中流過交流電流而產生的。
在所述的燃料電池的運轉方法中,振動是利用由燃料電池輸出的電流的一部分而產生的。
在所述的燃料電池的運轉方法中,(b)步驟具備(b1)在燃料電池的輸出在特定的閾值以下時向燃料極賦予振動的步驟。
根據本發(fā)明,通過在燃料電池主體上設置振動發(fā)生部,就可以提供從燃料極中有效地除去二氧化碳而獲得穩(wěn)定的輸出的燃料電池。
圖1是表示本發(fā)明的燃料電池的實施方式的構成的示意圖。
圖2是圖1的燃料電池主體的發(fā)電部分的剖面圖。
圖3A是示意性地表示作為本發(fā)明的攜帶機器之一的攜帶電話的實施方式的剖面的圖。
圖3B是表示圖3A的AA’剖面的圖。
圖4是示意性地表示作為本發(fā)明的攜帶機器之一的攜帶電話的實施方式的剖面的圖。
圖5是圖1的燃料電池主體的其他的變形例的發(fā)電部分的剖面圖。
圖6A是表示具有控制功能的燃料電池的構成的一個例子的方框圖。
圖6B是表示反饋控制的控制方框的一個例子的圖。
圖6C是表示圖6A的第1電壓計和第2電壓計之間的電路構成的一個例子的圖。
圖7是表示本發(fā)明的燃料電池的實施方式的動作的一個例子的流程圖。
具體實施例方式
(實施方式1)圖1是表示本發(fā)明的燃料電池的實施方式的構成的示意圖。該燃料電池350具備燃料電池主體100、反用換流器(Inverter)316、及作為振動發(fā)生部的壓電振子314。
燃料電池主體100具備第一正極端子318、第一負極端子319、第二正極端子320、第二負極端子321這4個端子。第一正極端子318及第一負極端子319是用于與外部電路連接的輸出端子。另一方面,第二正極端子320及第二負極端子321如圖所示,經由反用換流器裝置316將燃料電池主體100和壓電振子314電連接。在第一正極端子318及第二負極端子319之間流過的電流和在第二正極端子320及第二負極端子321之間流過的電流被未圖示的分流器分流。
圖2是圖1的燃料電池主體100的發(fā)電部分的剖面圖。電極—電解質接合體101具備燃料極102、氧化劑極108及固體高分子電解質膜114。燃料極102包括燃料極側集電體104及燃料極側催化劑層106。氧化劑極108包括氧化劑極側集電體110及氧化劑極側催化劑層112。燃料極側集電體104及氧化劑極側集電體110分別具有未圖示的多個貫穿孔。
多個電極—電解質接合體101夾隔燃料極側隔膜120及氧化劑極側隔膜122而被層疊、電連接,構成燃料電池主體100。
在燃料極側隔膜120和燃料極側集電體104之間,設有燃料124流通的燃料用流路310。另外,在氧化劑極側隔膜122和燃料極側集電體104之間,設有氧化劑126流通的氧化劑用流路312。
在以上的燃料電池主體100中,穿過燃料用流路310向各電極—電解質接合體101的燃料極102供給燃料124。燃料124穿過燃料極側集電體104到達燃料極側催化劑層106,被提供給所述的反應式(3)。其結果是,產生氫離子、電子及二氧化碳。氫離子穿過固體高分子電解質膜114向氧化劑極108移動。另外,電子經由燃料極側集電體104及外部電路,向氧化劑極108移動。
另一方面,穿過氧化劑用流路312向各電極—電解質接合體101的氧化劑極108供給空氣或氧等氧化劑126。該氧與如上所述在燃料極102處生成而向氧化劑極108移動過來的氫離子及電子如所述反應式(4)那樣發(fā)生反應,生成水。這樣,由于電子在外部電路中從燃料極102向氧化劑極108流動,因此就可以獲得電能。
這里,由于僅二氧化碳不向氧化劑極108移動,因此就需要從燃料極102中排出。二氧化碳由于在常壓下為氣體,因此通過將燃料電池主體100預先設為開放體系,就能夠形成氣泡并以一定程度自然地從燃料極102中被除去。但是,當相當量的二氧化碳的氣泡停留在燃料極102中時,就會阻礙燃料124向燃料極側催化劑層106的移動。這樣,就會有所述的反應式(3)的反應無法順利地進行的情況。此時,就無法穩(wěn)定地獲得輸出。
所以,本實施方式中,利用圖1所示的壓電振子314向燃料極102賦予振動,促進二氧化碳的氣泡的移動。這樣,就可以減少滯留在燃料極102的二氧化碳量。由此,就可以使所述的反應式(3)的反應順利地進行,從而可以獲得穩(wěn)定的輸出。
壓電振子314的振動如下產生。從燃料電池主體100輸出的直流電流的一部分被向反用換流器裝置316供給,被轉換為交流電流。然后,該交流電流被向壓電振子314供給,產生振動。該振動由于被向燃料電池主體100整體傳遞,因此振動也傳遞至燃料極108。所以,就可以實現所述的二氧化碳的脫離。
在攜帶信息機器(攜帶機器)中使用燃料電池時,最好從燃料電池主體100向反用換流器裝置316供給電源。這是因為,攜帶信息機器(攜帶機器)難以利用其他的外部電源。壓電振子314更優(yōu)選被配置在燃料電池主體100的外部的靠近燃料極108的位置。這是因為,可以很容易地利用燃料極108傳遞壓電振子314產生的振動。
壓電振子314利用的是一加載電壓就會變形的壓電陶瓷的性質。由此,即便使直流電流斷續(xù)地向壓電振子314流動,也可以產生振動。但是,當像本實施方式那樣,利用反用換流器裝置316轉換為交流電流而驅動壓電振子314時,就可以產生直流電流的情況的2倍的位移的振動。由此,就可以向燃料極102賦予更強的振動。所以,就能夠更有效地除去二氧化碳。
作為壓電振子314,例如可以使用雙壓電晶片型、Monomorph型、Unimorph型等壓電振子。其中,優(yōu)選雙壓電晶片型壓電振子。這是因為,消耗電能較小,能夠以低電壓獲得較大的位移量。作為如此的雙壓電晶片型壓電振子,例如可以使用TFT株式會社制的壓電陶瓷驅動件(actuator)。
作為反用換流器裝置316,例如可以使用松下電子部件株式會社制的TCXF系列等。
這里,所述的振動既可以使之總是產生,也可以例如在滿足了特定的條件的情況下使之產生。這里,所謂特定的條件例如可以列舉出燃料電池主體100的輸出在特定的閾值以下的情況、燃料電池主體100在變?yōu)镺N后經過了特定的時間(閾值)的情況、消耗了特定的電能(閾值)的情況、流過了特定的電流值(閾值)以上的電流的情況等。這樣就可以抑制被壓電振子314消耗的電能。將該程序表示在圖7中。
圖7是表示本發(fā)明的燃料電池的實施方式的動作的一個例子的流程圖。首先,使燃料電池發(fā)電(步驟S01)。然后,取得與特定的條件有關的數據(例如燃料電池主體100的輸出、燃料電池主體100變?yōu)镺N后的時間、消耗電能、電流值)(步驟S02)。將其與閾值比較(步驟S03)。數據和閾值的關系滿足了特定的條件時(步驟S03,Yes),使燃料電池振動(步驟S04)。當數據和閾值的關系不滿足特定的條件時(步驟S03,No),如果正在使燃料電池振動,則停止振動(步驟S05)。當燃料電池的發(fā)電未結束時(步驟S06,No),則回到步驟S02。當燃料電池的發(fā)電結束時(步驟S06,Yes),如果正在使燃料電池振動,則停止振動(步驟S07)。
另外,也可以進行反饋控制。
具體來說,例如可以通過采用如圖6A所示的構成來實現所述各控制。
圖6A是表示具有控制功能的燃料電池的構成的一個例子的方框圖。圖6A中,振動部318的壓電振子314的振動被借助反用換流器裝置316由振動控制部463控制。振動控制部463也可以被包含于反用換流器裝置316中。在負載453及燃料電池主體100上,分別連接有第1電壓計417及第2電壓計419。另外,連接有測定來自燃料電池主體100的電流的電流計415。電流計415、第1電壓計417及第2電壓計419的值分別被作為電流、來自負載453的輸出457及參照輸出467而輸入到振動控制部463。振動控制部463例如在輸出457在特定的閾值以下時,在電流451開始流動后經過了特定的時間時,在消耗了特定的電能(輸出457×電流451)時,在特定的電流值以上的電流451流過時,將反用換流器316設為ON。
圖6B是表示利用振動控制部463的反饋控制的控制方框的一個例子的圖。圖6B中,將輸出457和參照輸出467輸入到振動控制部463中。振動控制部463進行算出將它們作為變數的量的特定的運算(例如求差、求比值)。此后,比較被算出的量與預先設定的特定的閾值的大小關系。例如,當所算出的量小于閾值時,進行控制振動部318的壓電振子314的振動的反饋控制。例如,基于輸出457和參照輸出467,進行PID控制,輸出控制反用換流器裝置316的控制信號。
基于由振動控制部463輸出的控制信號,驅動反用換流器裝置316。這樣,就會由壓電振子314產生振動,從燃料極102中除去二氧化碳的氣泡。由此,燃料電池主體100的輸出上升。另一方面,當所述的比值或差值大于閾值時,振動控制部463就使反用換流器裝置316停止。通過在進行如上所述的反饋控制的同時進行運轉,就可以有效地驅動壓電振子314。所以,就能夠不增大負載地維持穩(wěn)定的發(fā)電狀態(tài)。
圖6C是表示圖6A的第1電壓計417和第2電壓計419之間的電路構成的一個例子的圖,是與燃料電池主體100并列地設置了齊納二極管471的例子。通過設置齊納二極管471,就可以獲得一定的參照輸出,可以利用第2電壓計419對其進行檢測。
而且,所述情況是設置參照輸出467而與來自負載453的輸出457進行比較的情況的控制方法。但是,燃料124的供給也可以利用如下的方法,即,不計測參照輸出467,僅檢測來自燃料電池主體100的輸出,按照使該輸出達到一定的方式,使反用換流器裝置316的頻率或電壓變化。
另外,對于反饋控制,除了如上所述的僅在輸出在特定的閾值以下時產生振動的情況以外,例如也可以進行基于輸出的降低率而產生特定的振動數的振動的反饋控制。
固體高分子電解質膜114隔開燃料極102和氧化劑極108,并且具有使氫離子在兩者之間移動的作用。由此,固體高分子電解質膜114優(yōu)選氫離子的導電性高的膜。另外,優(yōu)選化學上穩(wěn)定并且機械強度高的膜。作為構成固體高分子電解質膜114的材料,優(yōu)選使用具有磺酸基、磷酸基、膦酸基、亞膦酸基等強酸基、或者羧基等弱酸基的極性基的有機高分子。
作為燃料極側集電體104及氧化劑極側集電體110,可以使用復寫紙、碳的成形體、碳的燒結體、燒結金屬、發(fā)泡金屬等多孔性基體。如上所述,燃料極側集電體104的二氧化碳的氣泡的滯留成為發(fā)電效率降低的原因。該氣泡滯留的原因是因為覆蓋氣泡的水分附著停留在燃料極側集電體104上。所以,對燃料極側集電體104,最好進行利用親水性涂覆材料或疏水性涂覆材料的表面處理。通過利用親水性涂覆材料進行表面處理,燃料極側集電體104的表面的燃料的流動性就被提高。這樣,二氧化碳的氣泡就容易與燃料一起移動。另外,通過利用疏水性涂覆材料進行處理,就可以減少成為氣泡的形成原因的水分在燃料極側集電體104的表面上的附著。從而,可以減輕燃料極側集電體104的表面上的氣泡的形成。另外,由于利用由這些表面處理產生的作用和所述的振動的相乘作用,可以更有效地從燃料極中除去二氧化碳,因此就可以實現高發(fā)電效率。作為親水性涂覆材料,例如可以舉出氧化鈦、氧化硅等。另一方面,作為疏水性涂覆材料,可以列舉出聚四氟乙烯、硅烷等。
圖5是圖1的燃料電池主體的其他的變形例的發(fā)電部分的剖面圖。
如圖5所示,也可以在燃料極側集電體104上設置錐形狀的貫穿孔333。通過如此設置而產生與所述的振動的相乘效應,就很容易使二氧化碳的氣泡從燃料極側集電體104向燃料用流路310移動。所以,就可以實現燃料極的反應的順暢化。
此種燃料極側集電體104例如可以如下制作。作為集電體選擇不銹鋼板,在該不銹鋼板上使用直徑1mm的鉆頭設置貫穿孔。然后使用直徑2mm的鉆頭,通過對該貫穿孔實施鍯孔加工,就可以設置錐形狀的貫穿孔333。
燃料極側集電體104只要形狀穩(wěn)定,也可以使用對所述的多孔性基體材料實施了此種加工的材料。
另外,作為燃料極102的催化劑,可以列舉出鉑、鉑和釕、金、錸等的合金、銠、鈀、銥、鋨、釕、錸、金、銀、鎳、鈷、鋰、鑭、鍶、釔等。另一方面,作為氧化劑極108的催化劑,可以使用與燃料極102的催化劑相同的材料,可以使用所述示例物質。而且,燃料極102及氧化劑極108的催化劑既可以使用相同的物質,也可以使用不同的物質。
另外,作為擔載催化劑的碳粒子,可以列舉出乙炔黑(DENKABLACK(注冊商標,電化學工業(yè)公司制),XC72(Vulcan公司制)等)、碳黑、KB(ケッチェンブラック,商品名)(ケッチェンブラック·ィンタ一ナシヨナル(公司)制)、碳納米管、碳納米突等。
作為燃料電池的燃料,例如可以使用甲醇、乙醇、二甲醚等有機液體燃料。
燃料電池主體100的制作方法雖然沒有特別限制,但是例如可以如下制作。
首先,向碳粒子上擔載催化劑。該工序可以利用一般使用的浸漬法進行。然后,使擔載了催化劑的碳粒子和例如Nafion(注冊商標,杜邦公司制)之類的固體高分子電解質粒子分散在溶劑中,在形成了糊狀后,將其涂布在基體上,通過使之干燥,就可以獲得催化劑層。在涂布了糊狀物后,在與所使用的氟樹脂對應的加熱溫度及加熱時間下加熱,制作燃料極102及氧化劑極108。
固體高分子電解質膜114可以根據所使用的材料采用適宜的方法制作。例如,可以通過將在溶劑中溶解分散了有機高分子材料的液體澆注在聚四氟乙烯等剝離性薄片等上,使之干燥,就可以獲得。
將如上制作的固體高分子電解質膜114用燃料極102及氧化劑極108夾持,進行熱沖壓,即獲得電極—電解質接合體101。
壓電振子314雖然可以如圖1所示在燃料電池主體100的表面上直接固定,但是不一定使兩者相鄰。例如,也可以在一片基板上將燃料電池主體100及壓電振子314分開固定。這是因為,由于壓電振子314的振動經過該基板被傳遞給燃料電池主體100,因此就可以獲得所述的效果。
而且,所述中雖然對作為振動發(fā)生部使用了壓電振子314的方式進行了說明,但是并不限定于此。例如,也可以將振動馬達作為振動發(fā)生部使用。作為此種振動馬達,可以列舉出秋月電子制的FM23A、CM5M、マブチモ一タ一株式會社制的FF-H30WA、RF-J20WA等。振動馬達通常在直流電流下產生振動。由此,當將振動馬達作為振動發(fā)生部使用時,可以省略反用換流器裝置,從而能夠實現更為簡單的構成。
(實施方式2)本實施方式中,對作為將具備了振動發(fā)生部的燃料電池作為電源的攜帶信息機器(攜帶機器)之一的攜帶電話進行說明。
以往,有在攜帶電話上具有利用振動馬達等產生的振動向用戶傳遞有來電的信息的功能的設計。本實施方式的攜帶電話的特征是,將此種振動馬達兼作所述振動發(fā)生部使用。
圖3A是示意性地表示了作為本發(fā)明的攜帶信息機器之一的攜帶電話的實施方式的剖面的圖,是僅表示了與本實施方式的攜帶有關的主要部分的圖。這里,攜帶信息機器以攜帶電話、筆記本型個人電腦及PDA為例。
攜帶電話360具有外筐體327及內筐體326。如圖所示,在內筐體326的外壁及外筐體327的內壁之間夾有減振材料328,在該狀態(tài)下,外筐體327和內筐體326被相互接合。在內筐體326的內部,固定有基板325。在基板325上,設有燃料電池322、柱塞(plunger)323及振動馬達324。另外,在柱塞323上,設有不具有減振性的襯墊329。燃料電池322可以使用與實施方式1中所示的例子相同的電池。燃料電池322和振動馬達324被配線332電連接。
圖3B是表示圖3A的AA’剖面的圖。按照包圍基板325的方式,設有內筐體326。在內筐體326的周圍配有減振材料328。另外,外筐體327位于其外側。
與實施方式1中所示的燃料電池相同,燃料電池322的輸出的一部分被提供給振動馬達324。這樣就會由振動馬達324中產生振動。由于該振動經過基板325被向燃料電池322傳遞,因此就可以從燃料電池322內的燃料極中將二氧化碳有效地除去。其結果是,實現了燃料電池322的順利的運轉。但是,圖3A表示的是攜帶電話的非收信時的狀態(tài)。由振動馬達324產生的振動雖然經過基板325向內筐體326傳遞,但是該振動被減振材料328吸收。所以,由于振動不向外筐體327傳遞,因此用戶不會感知振動。
圖4是示意性地表示作為本發(fā)明的攜帶信息機器之一的攜帶電話的實施方式的剖面的圖,是僅表示了與本實施方式的攜帶有關的主要部分的圖。圖4表示的是攜帶電話的收信時的狀態(tài)。柱塞323將襯墊329推起,使襯墊329與外筐體327密接。這樣,來自振動馬達324的振動就被向外筐體327傳遞。由此,用戶就會感知振動,從而直到有來電信息。圖3A及圖4的狀態(tài)的切換例如可以通過利用作為通常攜帶電話上所裝備的信息處理單元的中央運算處理裝置(未圖示)控制柱塞323來進行。
作為減振材料328,例如可以使用ィィダ工業(yè)株式會社制的ゼトロ減振片等丁基橡膠類減振材料、相同公司制的防振橡膠U-NBC等。另外,作為柱塞323,可以列舉出TDK株式會社制的小型柱塞MA系列。襯墊329為了將振動有效地向外筐體327傳遞,優(yōu)選摩擦系數大的材料,例如可以列舉出硅橡膠材料等。
作為振動馬達324,可以列舉出秋月電子制的FM23A、CM5M、マブチモ一タ一株式會社制的FF-H30WA、RF-J20WA等。另外,也可以取代振動馬達324,使用如實施方式1中所示的反用換流器裝置及壓電振子。
(實施例)
下面將參照圖1及圖2,對本實施例進行說明。
圖1中,作為振動發(fā)生部具有壓電振子314,作為電能(交流電流)供給部具有反用換流器裝置316。反用換流器裝置316將燃料電池主體100的輸出的一部分轉換為交流電流,利用該交流電流驅動壓電振子314。圖2中,作為燃料極側催化劑層106及氧化劑極側催化劑層112中所含的催化劑,使用了在碳微粒(DENKABLACK;電化學公司制)上以重量比50%擔載了粒徑3~5nm的鉑(Pt)-釕(Ru)合金的催化劑擔載碳微粒。而且,合金組成設為,50at%Ru,且合金和碳微粒粉末的重量比設為1∶1。在該催化劑擔載碳微粒1g中,添加Aldrich Chemical公司制5wt%Nafion溶液18ml,在50℃下用超聲波混合機攪拌3小時,形成了催化劑糊狀物。將該糊狀物用網板印刷法以2mg/cm2涂布在被用聚四氟乙烯進行了疏水處理的復寫紙(TORE制TGP-H-120)上,在120℃下使之干燥,形成了燃料極102及氧化劑極108。
然后,在1片固體高分子電解質膜114(杜邦公司制Nafion(注冊商標),膜厚150μm)上,在120℃下熱壓接在上述中獲得的燃料極102及氧化劑極108,制作了單位電池單元。
將所述的單位電池單元夾隔不銹鋼制的燃料極側隔膜120及氧化劑極側隔膜122而層疊8個,串聯連接,形成了燃料電池主體100。
從如此獲得的燃料電池主體100的正極端子及負極端子,借助未圖示的分流器,向第一正極端子318及第一負極端子319以及第二正極端子320及第二負極端子321配線。另外,利用第二正極端子320及第二負極端子321,將反用換流器裝置316和燃料電池主體100連接。另外,反用換流器裝置316和壓電振子314被電連接,壓電振子314利用粘接膠帶固定在燃料電池主體100的側面上。
當向燃料電池主體100的燃料極以2ml/分鐘供給10%的甲醇水溶液時,在燃料電池主體100中產生電能,可以確認壓電振子314在振動。然后,對第一正極端子318及第一負極端子319間的輸出特性進行了研究,在電壓4.0V時,觀測到270mA的電流值,該輸出在10小時后也沒有變化。
(比較例)本比較例的燃料電池是從所述實施例的燃料電池中除去了反用換流器裝置316、壓電振子314、第二正極端子320、第二負極端子321及分流器的構成。向該燃料電池的燃料極以2ml/分鐘供給10%的甲醇水溶液。此時,對正極端子及負極端子間的輸出特性進行了研究,在電壓4.0V時,觀測到了300mA的電流值,但是該輸出隨著時間的推移而降低,10小時后為50%的輸出。
根據實施例及比較例的燃料電池的所述數據可以發(fā)現,實施例的燃料電池的輸出特性與比較例的燃料電池的輸出特性相比更為優(yōu)良。在實施例的燃料電池中,由于利用壓電振子314的振動,可以有效地除去在燃料極中產生的二氧化碳,因此就可以順利地進行電池反應。
權利要求
1.一種燃料電池,其特征是,具備包括燃料極和氧化劑極并向所述燃料極供給有機液體燃料、向所述氧化劑極供給氧化劑而產生電能的燃料電池主體、以使所述燃料極振動而將在所述燃料極中產生的二氧化碳除去的方式產生振動的振動發(fā)生部。
2.根據權利要求1所述的燃料電池,其特征是,還具備基于所述燃料電池主體的輸出,控制所述振動發(fā)生部的驅動的控制部。
3.根據權利要求1或2所述的燃料電池,其特征是,還具備將驅動所述振動發(fā)生部的交流電能向所述振動發(fā)生部供給的電能供給部。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的燃料電池,其特征是,所述振動發(fā)生部由所述燃料電池主體的輸出的一部分驅動。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的燃料電池,其特征是,所述振動發(fā)生部包括產生所述振動的壓電振子。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的燃料電池,其特征是,所述振動發(fā)生部被設于所述燃料電池主體上。
7.根據權利要求1至5中任意一項所述的燃料電池,其特征是,還具備設置了所述燃料電池主體和所述振動發(fā)生部的支撐體,且所述支撐體將所述振動向所述燃料電池主體傳遞。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的燃料電池,其特征是,所述燃料電池主體具備多孔性的集電體,所述集電體被親水性涂覆材料涂覆。
9.根據權利要求1至7中任意一項所述的燃料電池,其特征是,所述燃料電池主體包括多孔性的集電體,所述集電體被疏水性涂覆材料涂覆。
10.根據權利要求1至7中任意一項所述的燃料電池,其特征是,所述燃料極具備集電體、使一方的面與所述集電體接觸而使另一方的面與固體高分子電解質膜接觸的燃料極催化劑層,所述集電體具有貫穿孔,所述貫穿孔的在所述燃料極催化劑層一側的面的直徑小于在相反的面的直徑。
11.一種攜帶機器,其特征是,具備筐體、保持在所述筐體上的燃料電池,其中,所述燃料電池具備被設于所述筐體內,并包括燃料極和氧化劑極并將有機液體燃料向所述燃料極供給、將氧化劑向所述氧化劑極供給而產生電能的燃料電池主體;設于所述筐體內,并以使所述燃料極振動而將在所述燃料極中生成的二氧化碳除去的方式產生振動的振動發(fā)生部。
12.根據權利要求11所述的攜帶機器,其特征是,所述燃料電池還具備基于所述燃料電池主體的輸出,控制所述振動發(fā)生部的驅動的控制部。
13.根據權利要求11或12所述的攜帶機器,其特征是,所述燃料電池還具備將驅動所述振動發(fā)生部的交流電能向所述振動發(fā)生部供給的電能供給部。
14.根據權利要求11至13中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述電能供給部由所述燃料電池主體的輸出的一部分驅動。
15.根據權利要求11至14中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述振動發(fā)生部包括產生所述振動的壓電振子。
16.根據權利要求11至15中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述振動發(fā)生部被設于所述燃料電池主體上。
17.根據權利要求11至15中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述燃料電池還具備設置有所述燃料電池主體和所述振動發(fā)生部的支撐體,而且,所述支撐體將所述振動向所述燃料電池主體傳遞。
18.根據權利要求11至17中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述燃料電池主體具備多孔性的集電體,且所述集電體被親水性涂覆材料涂覆。
19.根據權利要求11至17中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述燃料電池主體包括多孔性的集電體,所述集電體被疏水性涂覆材料涂覆。
20.根據權利要求11至19中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述燃料極具備集電體、使一方的面與所述集電體接觸而使另一方的面與固體高分子電解質膜接觸的燃料極催化劑層,且所述集電體具有貫穿孔,所述貫穿孔的在所述燃料極催化劑層一側的面的直徑小于在相反的面的直徑。
21.根據權利要求11至20中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述筐體具備外筐體、內包于所述外筐體中的內筐體、將所述外筐體和所述內筐體接合的減振材料,且所述燃料電池被保持在所述內筐體上。
22.根據權利要求21所述的攜帶機器,其特征是,還具備被保持在所述內筐體上而將所述振動向所述外筐體傳遞,通過使所述外筐體振動而將信息通知用戶的信息通知部。
23.根據權利要求11至21中任意一項所述的攜帶機器,其特征是,所述振動發(fā)生部兼作通過使筐體振動而將信息通知用戶的信息通知部。
24.根據權利要求21或22所述的攜帶機器,其特征是,所述減振材料包含丁基橡膠類材料。
25.一種攜帶電話,其特征是,具備筐體、保持在所述筐體上的燃料電池,其中,所述燃料電池具備設于所述筐體內并包括燃料極和氧化劑極、將有機液體燃料向所述燃料極供給、將氧化劑向所述氧化劑極供給而產生電能的燃料電池主體;設于所述筐體內并以使所述燃料極振動而將在所述燃料極中產生的二氧化碳除去的方式發(fā)生振動的振動發(fā)生部,而且,所述振動發(fā)生部兼作通過使筐體振動而將信息通知用戶的信息通知部。
26.一種燃料電池的運轉方法,其特征是,具備(a)將有機液體燃料向燃料電池的燃料極供給并將氧化劑向氧化劑極供給而進行發(fā)電的步驟、(b)向所述燃料極賦予振動而將在所述燃料極中產生的二氧化碳除去的步驟。
27.根據權利要求26所述的燃料電池的運轉方法,其特征是,所述振動是通過在壓電振子中流過交流電流而產生的。
28.根據權利要求26或27所述的燃料電池的運轉方法,其特征是,所述振動是利用由所述燃料電池輸出的電流的一部分而產生的。
29.根據權利要求26至28中任意一項所述的燃料電池的運轉方法,其特征是,所述(b)步驟具備(b1)在所述燃料電池的輸出在特定的閾值以下時,向所述燃料極賦予振動的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池,具備作為燃料向燃料極(102)供給有機液體燃料的燃料電池主體(110)、以使燃料極(102)振動而將在燃料極(102)中產生的二氧化碳除去的方式產生振動的振動發(fā)生部(314、324)。燃料電池還可以具備基于燃料電池主體(110)的輸出,控制振動發(fā)生部(314、324)的驅動的控制部(463)。根據本發(fā)明,可以提供從燃料極中有效地除去二氧化碳而獲得穩(wěn)定的輸出的燃料電池。
文檔編號H01M8/02GK1679197SQ0382006
公開日2005年10月5日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權日2002年9月30日
發(fā)明者木村英和, 吉武務, 黑島貞則, 真子隆志, 渡邊秀, 久保佳實 申請人:日本電氣株式會社