JP4119188B2

JP4119188B2 - Fuel cell equipment

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Publication number: JP4119188B2
Application number: JP2002210196A
Authority: JP
Inventors: 賢介吉田; 宏章吉田; 正巳堤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP2004055307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源として燃料電池が搭載された電子機器すなわち燃料電池搭載機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコンなどの携帯電子機器では、機器全体の小型軽量化や駆動可能時間の長時間化を図るため、駆動電源やメモリ保持電源として、従来のニッケル・カドミウム電池やニッケル水素電池に代えてリチウムイオン二次電池が採用される場合が多い。リチウムイオン二次電池は、ニッケル・カドミウム電池やニッケル水素電池と比較すると、軽量で、比較的高い駆動電圧および電池容量が得られるという特長を有する。一方、近年の高度情報通信網の普及により、携帯電子機器における情報通信機能は強化され、機器のオペレーション時間は増加する傾向にある。そのため、携帯電子機器用途の電池に対しては、更なる高容量化の要求が高まっている。リチウムイオン二次電池は、携帯電子機器の進歩に伴って性能向上が図られてきたが、材料の観点からも構造の観点からも、性能の向上は略限界に達しており、近年の更なる高容量化の要求に対応できなくなりつつある。
【０００３】
このような状況のもと、リチウムイオン二次電池に代わる新たな電池として、リチウムイオン二次電池の数倍の高容量化が期待される燃料電池が注目を集めている。燃料電池は、触媒を含む燃料極（負極）および空気極（正極）と、これらの間において所定のイオンの移動を許容する電解質とからなる構造を有する。燃料電池においては、燃料極に燃料ないし水素を供給するとともに空気極に空気ないし酸素を供給すると、電極に含まれる触媒の作用により各電極にて電気化学的な反応が起こり、燃料を供給源とする電子による直流電流を取り出すことができる。このようなメカニズムで発電する燃料電池においては、燃料および酸素を供給し続けることにより連続発電が可能となる。したがって、燃料電池は、燃料および酸素を補給することにより、充電操作により反復使用される二次電池と同様に、携帯電子機器用途の電源へと応用可能である。
【０００４】
燃料電池は、その電解質の種類に基づいて、リン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型などに類別される。携帯電子機器用途の電源としては、室温付近の低温にて作動可能であること、小型に構成可能であること、振動に強く大量生産が容易な固体電解質を備えることなどから、固体高分子型の燃料電池が適している。
【０００５】
固体高分子型燃料電池においては、燃料供給方法として、有機燃料から改質された水素ガスを燃料極に接触させる手法、および、水素を供給可能な液体燃料を燃料極に対して直接に供給する手法などが知られている。水素ガスを使用する手法は、燃料を改質するための装置が必要であったり、水素ガスの取り扱いが困難であったりするため、携帯電子機器の小型電源としては適さない。そのため、携帯電子機器用途の小型電源を構成するという観点からは、液体燃料を使用する燃料電池が注目を集めている。特に、液体燃料としてのメタノール水溶液を燃料極に対して直接に供給するダイレクトメタノール方式の燃料電池が注目を集めている。
【０００６】
ダイレクトメタノール方式によると、メタノール水溶液が供給された燃料極では、下記の式（１）に示すように、メタノールと水が反応して、二酸化炭素（ＣＯ₂）、プロトン（Ｈ⁺）、および電子（ｅ^-）が生ずる。燃料極で生じたプロトンは高分子電解質膜を通って空気極に向かい、電子は、燃料極に接続された外部回路に流れる。外部回路にて仕事を終えた電子は空気極に向かう。また、二酸化炭素は系外に排出される。
【０００７】
【化１】

【０００８】
空気極では、下記の式（２）に示すように、空気から得られる酸素（Ｏ₂）と、燃料極から到来したプロトン（Ｈ⁺）と、燃料極から外部回路を経て到来した電子（ｅ^-）とが反応して水（Ｈ₂Ｏ）が生成する。
【０００９】
【化２】

【００１０】
ダイレクトメタノール方式を採用する従来の固体高分子型燃料電池には、液体燃料や酸素を強制的に流通させて各電極に供給するための装置ないしシステムが併設される場合が多い。しかしながら、強制供給システムを伴う燃料電池は、特に携帯電話用途やＰＤＡ用途の電源としては、過大なサイズとなるため実用的でない。また、空気極にて発生する水を加熱や送風などにより除去するための装置ないしシステムが併設される場合もあるが、水除去システムを伴う燃料電池も、特に携帯電話用途やＰＤＡ用途の電源としては、過大なサイズとなるため実用的でない。
【００１１】
一方、強制供給システムおよび水除去システムを利用せずに、小型軽量化が図られた燃料電池が提案されている。そのような燃料電池においては、例えば、液体燃料を収容する燃料貯蔵部から燃料極に連通する経路が設けられ、液体燃料が当該経路を流通して燃料極に接触するように構成されている。これとともに、空気極は、電池外部の空気が流通接触できるように設けられ、空気に含まれる酸素が空気極に接触するとともに、空気極にて生成する水が空気中に自然蒸散するように構成されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、強制供給システムおよび水除去システムの有無は電池の出力に影響を与え、ダイレクトメタノール方式の固体高分子型燃料電池がこれらのシステムを搭載していないと、従来の技術においては、電池出力は相当な程度で低下してしまう。強制供給システムを備えないことに起因して液体燃料および酸素の供給効率が低いうえに、更に、水除去システムを備えないことに起因して、空気極にて生成する水が当該空気極表面を被覆して空気極の有効面積が低下することが、電池出力低下の要因であると考えられる。空気の流通接触効率および水の蒸散効率の観点からは、電池外部の空気に対する空気極の暴露の程度は高い方がよいが、空気極保護の観点からは、空気極の暴露の程度は小さい方がよい。暴露の程度が高いほど、汚染や破損により空気極が劣化しやすく、空気極の劣化は電池出力低下の原因となる。このように、強制供給システムや水除去システムを伴わないダイレクトメタノール方式固体高分子型燃料電池においては、電池出力の低下を抑制するのには困難性がある。そのため、従来の技術によると、ダイレクトメタノール方式固体高分子型燃料電池は、携帯電子機器などの小型機器においては実用的でない場合が多かった。
【００１３】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、両電極に対して燃料や酸素を強制的に供給するための装置ないしシステム、および、空気極にて生成する水を除去するための装置ないしシステムを伴わなくとも、電池の出力低下を適切に抑制可能な燃料電池搭載機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると燃料電池搭載機器が提供される。この燃料電池搭載機器は、機器筐体と、燃料を酸化するための第１電極、酸素を還元するための第２電極、並びに、第１電極および第２電極に挟まれた電解質層を備えて機器筐体に収容された燃料電池本体と、を備え、前記機器筐体は、燃料電池本体の第２電極の少なくとも一部を外部に露出させる開口部を有し、開口部は、機器筐体の変位により遮蔽状態および開放状態を選択可能とされていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によると、燃料や酸素を強制的に供給するための装置ないしシステム、および、空気極にて生成する水を除去するための装置ないしシステムを伴わなくとも、燃料電池の出力低下を抑制することができる。本発明において、燃料電池の第２電極（空気極）の少なくとも一部は機器筐体の開口部を介して機器外部に露出しており、当該開口部は、筐体の変位により遮蔽状態および開放状態を選択可能とされている。本発明の燃料電池搭載機器が例えば携帯電話である場合、通話時などにおいて当該携帯電話が大電力で駆動しているときには、機器筐体の変位ないし形態変化により開口部を開放することによって、電池作動に伴って空気極で発生する水の除去を効率的に行うことができる。機器外部の空気に開放されることによって、空気極に付着している水の蒸散は促進されるからである。空気極で発生する水を効率的に除去することにより、空気極での酸素の還元反応における反応速度の低下を抑制することができ、ひいては、当該還元反応に連動して進行する酸化反応すなわち燃料極での燃料の酸化反応における反応速度の低下を抑制することができる。これらの結果、電池出力の低下を抑制することができるのである。
【００１６】
加えて、本発明によると、待受時などにおいて当該携帯電話が低電力で駆動して、空気極にて有意な量の水が発生しないときには、機器筐体の変位により開口部を遮蔽することができる。開口部ないし空気極が遮蔽されることによって、空気極の破損や汚染が防止され、ひいては燃料電池の出力低下が抑制されることとなる。
【００１７】
このように、本発明に係る燃料電池搭載機器によると、機器の消費電力に応じて、機器外部の空気に対する空気極の暴露状態を適切に変化させることができ、従って、強制供給システムや水除去システムを伴わなくとも電池の出力低下を適切に抑制することが可能なのである。従来より、例えば特開平７−１９９３１１号公報や特開２００１−２９２２１４号公報に開示されているように、電池を搭載しつつ機器筐体が変位可能な電子機器は知られている。しかしながら、それらは、一般に燃料電池を搭載せず、従って、燃料電池の空気極の暴露状態を変化させるように機器筐体の形態が変化するものではない。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、機器筐体は、開口部を有して燃料電池本体を収容する第１部分筐体と、開口部を有さず、燃料電池本体を収容しておらず、且つヒンジ部を介して第１部分筐体に連結する第２部分筐体とを有し、第１部分筐体および第２部分筐体はヒンジ部を枢軸として回転可能であって、第２部分筐体は、開口部を遮蔽する位置に配置可能とされている。このような構成は、開口部の遮蔽状態および開放状態を適宜選択するのに適している。この場合、ヒンジ部は、第１部分筐体における燃料電池本体の第１電極に供給する燃料を保持する燃料貯蔵部を有するのが好ましい。或は、第１部分筐体は、燃料電池本体の第１電極に供給する燃料を保持する燃料貯蔵部を、燃料電池本体よりもヒンジ部に近接する位置に有していてもよい。燃料貯蔵部がこれらのような構成で設けられていると、燃料として例えばメタノール水溶液などの液体燃料を採用する場合、燃料の自重を利用して、燃料極に燃料を適切に供給できる場合がある。
【００１９】
本発明の別の好ましい実施の形態においては、機器筐体は、開口部を有して燃料電池本体を収容する第１部分筐体と、開口部を有さず、燃料電池本体を収容しておらず、且つ開口部を遮蔽する位置および開放する位置との間で第１部分筐体に対してスライド変位可能な第２部分筐体とを有する。このような構成も、開口部の開放状態および遮蔽状態を適宜選択するのに適している。
【００２０】
本発明において、好ましくは、電解質層は固体高分子電解質膜よりなる。また、燃料はメタノール水溶液であるのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池搭載機器である携帯電話Ｘ１を表す。図１および図２は携帯電話Ｘ１の斜視図である。図３は、図２の線III−IIIに沿った断面図であり、図４は、図２の線III−IIIに沿った分解断面図である。図５は、図２の線V−Vに沿った断面図である。本実施形態においては、携帯電話Ｘ１について、ダイレクトメタノール方式燃料電池を搭載する携帯電子機器として説明する。
【００２２】
携帯電話Ｘ１は、第１部分筐体１１と、第２部分筐体１２と、第１部分筐体１１に収容された燃料電池本体２０とを備える。第１部分筐体１１および第２部分筐体１２は、ヒンジ部１３を介して連結しており、図１に示す折畳み状態と、図２に示す展開状態との間で変位可能である。第１部分筐体１１には、開口部１１ａが設けられている。第２部分筐体１２には、ディスプレイ３１、各種のボタン３２、スピーカ３３、マイク３４、およびアンテナ３５が設けられている。ヒンジ部１３には、図５に示すように、液体燃料であるメタノール水溶液を保持するための燃料貯蔵部１４が設けられている。本実施形態における燃料貯蔵部１４は、メタノール水溶液が直接的に貯留される小型タンクとして構成されており、メタノール水溶液またはメタノールを適宜補充するための注入口（図示略）を有する。第１部分筐体１１、第２部分筐体１２、およびヒンジ部１３は、金属製であってもよいし樹脂製であってもよい。
【００２３】
燃料電池本体２０は、図３〜図５に示すように、燃料極２１および空気極２２と、これらに挟まれている電解質層２３とからなる。燃料極２１は、触媒層２１ａおよび集電体２１ｂからなる積層構造を有する。同様に、空気極２２は、触媒層２２ａおよび集電体２２ｂからなる積層構造を有する。
【００２４】
燃料極２１の触媒層２１ａは、上掲の式（１）に従ってメタノールを酸化してプロトンと電子を取り出すためのものであり、導電粒子に触媒を担持させてなる触媒性粒子と、電解質層形成用の後述するプロトン伝導性高分子材料との混合物を含み、多孔質である。導電粒子としては、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、カーボンブラックなどの炭素粒子が挙げられる。触媒としては、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金を採用することができる。触媒の粒径は、例えば２〜５ｎｍである。触媒層２１ａの作製においては、まず、触媒性粒子とプロトン伝導性高分子材料とを水溶媒系またはアルコール溶媒系にて混合し、これを脱泡して電極ペーストを調製する。次に、触媒層基材としての多孔質導電膜の上に電極ペーストを塗布ないし充填した後、例えば１００℃にて加熱乾燥する。多孔質導電膜としては、カーボンペーパなどが挙げられる。多孔質導電膜の膜厚は例えば１００〜４００μｍであり、触媒層基材である多孔質導電膜の上における電極ペーストのみに由来する材料厚さは、例えば５〜５０μｍである。このようにして、多孔質導電膜（図示略）を伴う多孔質性の触媒層２１ａが作製される。
【００２５】
集電体２１ｂは、触媒層２１ａにおけるメタノール酸化反応で発生する電子を効率的に取り出すためのものであり、例えばＳＵＳ製やＮｉ製の金属メッシュである。集電体２１ｂとしては、液体燃料であるメタノール水溶液が容易に通過可能なメッシュ開口径ないしメッシュ開口率を有するものを採用する。集電体２１ｂは、携帯電話Ｘ１の諸機能を達成するための所定の電子回路（図示略）に対して電気的に接続されている。
【００２６】
空気極２２の触媒層２２ａは、上掲の式（２）に従って空気中の酸素の還元反応を進行させるためのものであり、導電粒子に触媒を担持させてなる触媒性粒子と、電解質層形成用の後述するプロトン伝導性高分子材料との混合物を含み、多孔質である。触媒については、白金（Ｐｔ）を採用することができる。触媒の粒径は、例えば２〜５ｎｍである。導電粒子については、触媒層２１ａと同様のものを使用することができる。また、触媒層２２ａの作製方法については、触媒層２１ａに関して上述したのと同様である。
【００２７】
集電体２２ｂは、触媒層２２ａに対して効率的に電子を供給するためのものであり、例えばＳＵＳ製やＮｉ製の金属メッシュである。集電体２２ｂとしては、触媒層２２ａに対して空気ないし酸素が自然拡散により充分に接触可能であるとともに、触媒層２２ａにおける酸素還元反応で生成する水を適切に蒸散排出可能なメッシュ開口径ないしメッシュ開口率を有するものを採用する。集電体２２ｂは、携帯電話Ｘ１の諸機能を達成するための所定の電子回路（図示略）に対して電気的に接続されている。
【００２８】
電解質層２３は、燃料極２１におけるメタノール酸化反応で生成したプロトンを空気極２２に輸送するための媒体であり、電子伝導性を有さずにプロトン伝導性を有する高分子材料よりなる。そのような高分子材料としては、パーフロオロスルホン酸膜が挙げられる。パーフロオロスルホン酸膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン製）、フレミオン膜（旭硝子製）、アシプレックス膜（旭化成工業製）、ダウ膜（ダウケミカル製）などが挙げられる。電解質層２３の厚さは、例えば５０〜２５０μｍである。
【００２９】
燃料電池本体２０の作製においては、まず、上述のようにして作製された触媒層２１ａおよび触媒層２２ａにより電解質層２３を挟む。このとき、触媒層２１ａおよび触媒層２２ａは、多孔質導電膜（図示略）の上における電極ペースト由来の材料のみからなる面を介して電解質層２３に貼り合わせる。次に、加熱下にて、当該貼合せ体を積層方向に加圧して接合する。次に、触媒層２１ａに対して集電体２１ｂを積層して接合し、触媒層２２ａに対して集電体２２ｂを積層して接合する。
【００３０】
このようにして作製される燃料電池本体２０は、その周縁部と第１部分筐体１１との間にパッキング材３６を介在させつつ、外装封止材である第１部分筐体１１に収容されている。パッキング材３６を燃料電池本体２０の周縁部に設けることにより、後述の燃料導入路１５からの液体燃料の漏出が防止される。
【００３１】
燃料電池本体２０が第１部分筐体１１に収容された状態において、燃料電池本体２０の燃料極２１と第１部分筐体１１の間には、燃料極２１の少なくとも一部が臨む燃料導入路１５が形成されている。燃料電池本体２０が第１部分筐体１１に収容された状態において燃料導入路１５が形成されるべく、燃料極２１と対向することとなる第１部分筐体１１の内面には、燃料導入路規定用の溝が複数形成されている。燃料導入路１５は、図５に示すように、ヒンジ部１３に設けられている燃料貯蔵部１４に連通しており、毛管現象により燃料貯蔵部１４から液体燃料が流入するように形成されている。第１部分筐体１１において燃料導入路１５に臨む所定の箇所には、燃料導入路１５と第１部分筐体外部との間の隔壁として、二酸化炭素透過膜（図示略）が配設されている。二酸化炭素透過膜は、液体燃料を実質的に透過させずに二酸化炭素を選択的に透過させる膜であり、この膜を介して燃料極２１にて生成する二酸化炭素は排出される。二酸化炭素透過膜を構成する材料としては、例えば、シリコンゴムやフッ素ポリイミドなどが挙げられる。また、空気極２２は、第１部分筐体１１に当接しつつ、その一部が開口部１１ａを介して機器外部に露出している。
【００３２】
以上の発電システム構成を有する携帯電話Ｘ１において、燃料貯蔵部１４に液体燃料すなわちメタノール水溶液が貯留されていると、当該メタノール水溶液は、毛管現象により、燃料貯蔵部１４から燃料導入路１５を進行して燃料極２１に至る。そして、燃料極２１では、メタノール水溶液は、メッシュ状の集電体２１ｂを通過して触媒層２１ａに至る。これとともに、第１部分筐体１１の開口部１１ａを介して外気に触れる空気極２２には、空気に含まれる酸素が常時的に接触する。空気極２２では、酸素は、メッシュ状の集電体２２ｂを通過して触媒層２２ａに至る。
【００３３】
このように、燃料極２１に対してメタノール水溶液が供給されるとともに空気極２２に対して酸素が供給されると、燃料極２１の触媒層２１ａでは、触媒の作用により、上掲の式（１）で表されるメタノール酸化反応が起こり、二酸化炭素、プロトン、および電子が発生する。また、空気極２２の触媒層２２ａでは、触媒の作用により、上掲の式（２）で表される酸素還元反応が起こり、水が生成する。両極においてこのような電気化学反応が進行することにより、燃料電池本体２０は発電する。具体的には、燃料極２１の触媒層２１ａにて発生する電子は、触媒を担持する導電粒子を介して集電体２１ｂに集電された後、当該集電体２１ｂに接続された所定の電子回路（図示略）に流れ、電力が消費される。電子回路にて仕事を終えた電子は、当該電子回路に接続された空気極２２の集電体２２ｂに向かう。また、燃料極２１にて発生するプロトンは、触媒層２１ａに含まれるプロトン伝導性高分子材料を介して電解質層２３に流入し、空気極２２に向かう。燃料極２１にて発生する二酸化炭素は、第１部分筐体１１に配設された上述の二酸化炭素透過膜（図示略）を介して燃料導入路１５から排出される。このようにして、メタノール水溶液を燃料とする燃料電池本体２０が、携帯電話Ｘ１の駆動電力の少なくとも一部を発電する。
【００３４】
燃料電池本体２０を含むこのような発電システムを備える携帯電話Ｘ１では、例えば待受時などにおいて低電力で駆動している場合には、第１部分筐体１１および第２部分筐体１２を図１に示すように折畳み状態とする。携帯電話Ｘ１の低電力駆動時には、空気極２２にて有意な量の水が発生せず、空気極２２を水が被覆することによる過度の電力低下は生じない。第１部分筐体１１および第２部分筐体１２を折畳み状態に配向させると、第１部分筐体１１の開口部１１ａが遮蔽される。その結果、開口部１１ａを介して機器外部に臨む空気極２２の破損や汚染が防止され、ひいては空気極２２の劣化が抑制される。このように、携帯電話Ｘ１によると、低電力駆動時において開口部１１ａを遮蔽状態とすることができるので、空気極２２の劣化に起因する燃料電池本体２０の出力低下を適切に抑制することが可能である。
【００３５】
一方、携帯電話Ｘ１が例えば通話時などにおいて大電力で駆動しているときには、第１部分筐体１１および第２部分筐体１２を図２に示すように展開状態とする。当該展開状態では、開口部１１ａないし空気極２２が大気下に開放され、空気極２２に付着している水の蒸散は促進される。したがって、第１部分筐体１１および第２部分筐体１２を展開状態に配向させると、燃料電池作動に伴って空気極２２で発生する有意な量の水を、効率的に除去することができる。空気極２２で発生する水を効率的に除去することにより、電池反応における反応速度の低下を抑制することができる。具体的には、空気極２２の水を効率的に除去することにより、空気極２２での酸素の還元反応における反応速度の低下を抑制することができるとともに、当該還元反応に連動して進行する酸化反応、即ち燃料極２１でのメタノール酸化反応における反応速度の低下を抑制することができる。このように、携帯電話Ｘ１によると、大電力駆動時において開口部１１ａを開放状態とすることができるので、電池反応の反応速度の低下に起因する燃料電池本体２０の出力低下を適切に抑制することが可能である。
【００３６】
加えて、携帯電話Ｘ１の通常の使用態様においては、筐体展開時には図５に示すように燃料導入路１５が燃料貯蔵部１４の下方に位置するため、燃料極２１への燃料供給が促進される。具体的には、メタノール水溶液の自重の作用により、燃料貯蔵部１４から燃料導入路１５へのメタノール水溶液の流入や、燃料導入路１５の内部におけるメタノール水溶液の進行が促進される。このような燃料供給の促進により、燃料極２１に対する液体燃料の適切な接触効率を達成することができ、燃料電池本体２０の出力低下は抑制される。
【００３７】
図６〜図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池搭載機器である携帯電話Ｘ２を表す。図６および図７は携帯電話Ｘ２の斜視図であり、図８は、図７の線VIII−VIIIに沿った断面図である。
【００３８】
携帯電話Ｘ２は、ダイレクトメタノール方式の燃料電池を搭載する携帯電子機器であって、第１部分筐体１１と、第２部分筐体１２と、第１部分筐体１１に収容された燃料電池本体２０とを備える。第１部分筐体１１および第２部分筐体１２は、ヒンジ部１３を介して連結しており、図６に示す折畳み状態と、図７に示す展開状態との間で変位可能である。第１部分筐体１１には、燃料電池本体２０の空気極２２を機器外部に露出させるための開口部１１ａが設けられている。第１部分筐体１１の内部には、図８に示すように燃料貯蔵部１４が設けられている。燃料貯蔵部１４は、第１部分筐体１１において、開口部１１ａよりもヒンジ部１３に近接する位置に配設されている。本実施形態における燃料貯蔵部１４は、液体燃料としてのメタノール水溶液が直接的に貯留される小型タンクとして構成されており、メタノール水溶液またはメタノールを適宜補充するための注入口（図示略）を有する。第２部分筐体１２には、ディスプレイ３１、各種のボタン３２、スピーカ３３、マイク３４、およびアンテナ３５が設けられている。第１部分筐体１１、第２部分筐体１２、およびヒンジ部１３は、金属製であってもよいし樹脂製であってもよい。
【００３９】
本実施形態における燃料電池本体２０の構成および作製手法、並びに、ダイレクトメタノール方式における燃料電池本体２０の発電原理および燃料電池本体２０以外の発電システム構成については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【００４０】
このような構成の携帯電話Ｘ２によると、携帯電話Ｘ１と同様に、燃料電池本体２０の出力低下を抑制することが可能である。携帯電話Ｘ２によると、低電力駆動時には、図６に示すように、第１部分筐体１１および第２部分筐体１２を折り畳んで開口部１１ａを遮蔽状態とすることができる。これにより、空気極２２の経時的劣化は抑制され、従って、空気極２２の経時的劣化に起因する燃料電池本体２０の出力低下を適切に抑制することが可能となる。一方、大電力駆動時には、図７に示すように、第１部分筐体１１および第２部分筐体１２を展開して開口部１１ａを開放状態とすることができる。これにより、電池反応で生じた水は空気極２２から効率よく蒸散し、従って、電池反応の反応速度の低下に起因する燃料電池本体２０の出力低下を適切に抑制することが可能となる。また、携帯電話Ｘ２の通常の使用態様においては、筐体展開時には図８に示すように燃料導入路１５が燃料貯蔵部１４の下方に位置するため、燃料極２１への燃料供給が促進される。これにより、燃料極２１に対する液体燃料の高い接触効率が達成され、従って、燃料電池本体２０の出力低下を抑制することが可能となる。加えて、本実施形態の携帯電話Ｘ２においては、燃料貯蔵部１４は第１部分筐体１１に収容されているため、ヒンジ部１３を携帯電話Ｘ１のそれよりも小型に構成することができる。
【００４１】
図９〜図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池搭載機器である携帯電話Ｘ３を表す。図９および図１０は、携帯電話Ｘ３の斜視図であり、図１１は、図１０の線XI−XIに沿った断面図である。
【００４２】
携帯電話Ｘ３は、ダイレクトメタノール方式の燃料電池を搭載する携帯電子機器であって、第１部分筐体１１’と、第２部分筐体１２’と、第１部分筐体１１’に収容された燃料電池本体２０とを備える。第１部分筐体１１’および第２部分筐体１２’は、相互にスライド変位可能に連結されている。具体的には、第１部分筐体１１’および第２部分筐体１２’は、図９に示す縮短状態と図１０に示す伸長状態との間で変位可能である。第１部分筐体１１’には、燃料電池本体２０の空気極２２を機器外部に露出させるための開口部１１’ａが設けられている。開口部１１’ａは、第１部分筐体１１’において、図１０に示す筐体伸長状態において開放されるような箇所に形成されている。第１部分筐体１１’の内部には、図１１に示すように、燃料貯蔵部１４が設けられている。本実施形態における燃料貯蔵部１４は、液体燃料としてのメタノール水溶液が直接的に貯留される小型タンクとして構成されており、メタノール水溶液またはメタノールを適宜補充するための注入口（図示略）を有する。第２部分筐体１２’には、ディスプレイ３１、各種のボタン３２、スピーカ３３、マイク３４、およびアンテナ３５が設けられている。第１部分筐体１１’および第２部分筐体１２’は、金属製であってもよいし樹脂製であってもよい。
【００４３】
本実施形態における燃料電池本体２０の構成および作製手法、並びに、ダイレクトメタノール方式における燃料電池本体２０の発電原理および燃料電池本体２０以外の発電システム構成については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
【００４４】
このような構成の携帯電話Ｘ３によると、携帯電話Ｘ１と同様に、燃料電池本体２０の出力低下を抑制することが可能である。携帯電話Ｘ３によると、低電力駆動時には、図９に示すように、第１部分筐体１１’および第２部分筐体１２’を縮短させて開口部１１’ａを遮蔽状態とすることができる。これにより、空気極２２の経時的劣化は抑制され、従って、空気極２２の経時的劣化に起因する燃料電池本体２０の出力低下を適切に抑制することが可能となる。一方、大電力駆動時には、図１０に示すように、第１部分筐体１１’および第２部分筐体１２’を伸長して開口部１１’ａを開放状態とすることができる。これにより、電池反応で生じた水は空気極２２から効率よく蒸散し、従って、電池反応の反応速度の低下に起因する燃料電池本体２０の出力低下を適切に抑制することが可能となる。また、携帯電話Ｘ３の通常の使用態様においては、燃料導入路１５は燃料貯蔵部１４の下方に位置するため、燃料極２１への燃料供給が促進される。これにより、燃料極２１に対する液体燃料の高い接触効率が達成され、従って、燃料電池本体２０の出力低下を抑制することが可能となる。加えて、本実施形態の携帯電話Ｘ３においては、第１部分筐体１１’および第２部分筐体１２’を連結するためのヒンジ部を設ける必要はない。
【００４５】
上述の第１から第３の実施形態においては、液体燃料としてメタノールの水溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池を搭載する携帯電話について説明したが、本発明は、他の液体燃料を使用する燃料電池を搭載する電子機器として構成することもできる。その場合、燃料電池本体２０については、必要に応じて、上述の構成に代えて、使用する液体燃料に対応する構成とする。他の液体燃料としては、エチレングリコールや、例えばＫＢＨ₄などのボロハイドライド系燃料などを使用することができる。また、燃料貯蔵部１４については、液体燃料を直接的に貯留する上述の構成に代えて、液体燃料が注入された燃料カートリッジを収容する構成としてもよい。その場合、カートリッジ装着時において、カートリッジ内部と燃料導入路１５とが連通する構成とする。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の燃料電池搭載機器によると、両電極に対して燃料や酸素を強制的に供給するための装置ないしシステム、および、空気極にて生成する水を除去するための装置ないしシステムを伴わなくとも、電池の出力低下を適切に抑制可能である。このような燃料電池搭載機器は、携帯電話やＰＤＡなどの携帯電子機器として構成するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池搭載機器である携帯電話について、燃料電池の空気極を外部に露出させる開口部が遮蔽された状態を表す。
【図２】図１に示す携帯電話における開口部が開放された状態を表す。
【図３】図２の線III−IIIに沿った断面図である。
【図４】図２の線III−IIIに沿った分解断面図である。
【図５】図２の線V−Vに沿った断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る燃料電池搭載機器である携帯電話について、燃料電池の空気極を外部に露出させる開口部が遮蔽された状態を表す。
【図７】図６に示す携帯電話における開口部が開放された状態を表す。
【図８】図７の線VIII−VIIIに沿った断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る燃料電池搭載機器である携帯電話について、燃料電池の空気極を外部に露出させる開口部が遮蔽された状態を表す。
【図１０】図９に示す携帯電話における開口部が開放された状態を表す。
【図１１】図１０の線XI−XIに沿った断面図である。
【符号の説明】
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３携帯電話
１１，１１’ 第１部分筐体
１１ａ，１１’ａ開口部
１２，１２’ 第２部分筐体
１３ヒンジ部
１４燃料貯蔵部
１５燃料導入路
２０燃料電池本体
２１燃料極
２２空気極
２１ａ，２２ａ触媒層
２１ｂ，２２ｂ集電体
２３電解質層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an electronic device in which a fuel cell is mounted as a power source, that is, a fuel cell mounted device.
[0002]
[Prior art]
  In portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, and notebook computers, conventional nickel / cadmium batteries and nickel metal hydride batteries can be used as drive power supplies and memory holding power supplies in order to reduce the overall size and weight of the devices and increase the drive time. In many cases, a lithium ion secondary battery is employed instead. Lithium ion secondary batteries are lighter in weight and have a relatively high driving voltage and battery capacity compared to nickel-cadmium batteries and nickel metal hydride batteries. On the other hand, with the spread of advanced information communication networks in recent years, information communication functions in portable electronic devices are strengthened, and the operation time of the devices tends to increase. Therefore, there is an increasing demand for higher capacity for batteries for portable electronic devices. Lithium ion secondary batteries have been improved in performance with the progress of portable electronic devices. However, the improvement in performance has reached the limit from the viewpoint of both materials and structure. It is becoming impossible to meet the demand for higher capacity.
[0003]
  Under such circumstances, as a new battery that replaces the lithium ion secondary battery, a fuel cell that is expected to have a capacity that is several times higher than that of the lithium ion secondary battery is attracting attention. The fuel cell has a structure comprising a fuel electrode (negative electrode) containing a catalyst and an air electrode (positive electrode), and an electrolyte that allows movement of predetermined ions between them. In a fuel cell, when fuel or hydrogen is supplied to the fuel electrode and air or oxygen is supplied to the air electrode, an electrochemical reaction occurs at each electrode due to the action of the catalyst contained in the electrode, and the fuel is used as a supply source. It is possible to take out a direct current caused by electrons. In a fuel cell that generates power by such a mechanism, continuous power generation is possible by continuing to supply fuel and oxygen. Therefore, the fuel cell can be applied to a power source for portable electronic devices in the same manner as a secondary battery repeatedly used by a charging operation by replenishing fuel and oxygen.
[0004]
  Fuel cells are classified into phosphoric acid type, solid polymer type, molten carbonate type, solid oxide type, and the like based on the type of electrolyte. As a power source for portable electronic devices, it can be operated at low temperatures around room temperature, it can be configured in a small size, and it has a solid electrolyte that is resistant to vibration and easy to mass-produce. A fuel cell is suitable.
[0005]
  In a polymer electrolyte fuel cell, as a fuel supply method, a method in which hydrogen gas reformed from an organic fuel is brought into contact with a fuel electrode, and a liquid fuel capable of supplying hydrogen is directly supplied to the fuel electrode. Techniques are known. The method using hydrogen gas is not suitable as a small power source for portable electronic devices because it requires a device for reforming the fuel or it is difficult to handle hydrogen gas. Therefore, from the viewpoint of configuring a small power source for portable electronic equipment, a fuel cell using liquid fuel has attracted attention. In particular, a direct methanol type fuel cell that supplies an aqueous methanol solution as a liquid fuel directly to the fuel electrode has attracted attention.
[0006]
  According to the direct methanol system, as shown in the following formula (1), methanol and water react with carbon dioxide (CO₂), Proton (H⁺), And electrons (e^-) Occurs. Protons generated at the fuel electrode pass through the polymer electrolyte membrane toward the air electrode, and electrons flow to an external circuit connected to the fuel electrode. Electrons that have finished their work in the external circuit go to the air electrode. Carbon dioxide is discharged outside the system.
[0007]
[Chemical 1]

[0008]
In the air electrode, as shown in the following formula (2), oxygen (O₂) And protons (H⁺) And electrons (e^-) Reacts with water (H₂O) is produced.
[0009]
[Chemical 2]

[0010]
  In many cases, a conventional polymer electrolyte fuel cell that employs a direct methanol system is provided with an apparatus or system for forcibly circulating liquid fuel or oxygen and supplying it to each electrode. However, a fuel cell with a forced supply system is not practical because it becomes excessively large as a power source especially for mobile phone use and PDA use. In addition, there may be a device or system for removing water generated at the air electrode by heating or air blowing, but fuel cells with a water removal system are also particularly useful as power sources for mobile phones and PDAs. Is not practical because of its excessive size.
[0011]
  On the other hand, a fuel cell that has been reduced in size and weight without using a forced supply system and a water removal system has been proposed. In such a fuel cell, for example, a path communicating from a fuel storage unit that stores liquid fuel to a fuel electrode is provided, and the liquid fuel flows through the path and contacts the fuel electrode. Along with this, the air electrode is provided so that air outside the battery can be in circulation contact, and oxygen contained in the air is in contact with the air electrode, and water generated at the air electrode is naturally evaporated in the air. Has been.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the presence or absence of a forced supply system and a water removal system affects the output of the battery. If a direct methanol type polymer electrolyte fuel cell is not equipped with these systems, the battery output in the conventional technology is It drops to a considerable extent. The supply efficiency of liquid fuel and oxygen is low due to the absence of the forced supply system, and furthermore, the water generated at the air electrode causes the air electrode surface to be affected by the absence of the water removal system. It is considered that the effective area of the air electrode is reduced due to the covering, which is a factor of battery output reduction. From the viewpoints of air circulation contact efficiency and water evaporation efficiency, the degree of exposure of the cathode to the air outside the battery is better, but from the viewpoint of protection of the cathode, the degree of exposure of the cathode is small. Is good. The higher the degree of exposure, the more easily the air electrode deteriorates due to contamination and breakage, and the deterioration of the air electrode causes a decrease in battery output. Thus, in a direct methanol solid polymer fuel cell that does not involve a forced supply system or a water removal system, it is difficult to suppress a decrease in battery output. For this reason, according to the prior art, direct methanol solid polymer fuel cells are often not practical in small devices such as portable electronic devices.
[0013]
  The present invention has been conceived under such circumstances, and is an apparatus or system for forcibly supplying fuel and oxygen to both electrodes, and water generated at an air electrode. It is an object of the present invention to provide a fuel cell-equipped device capable of appropriately suppressing a decrease in battery output without an apparatus or system for removing the battery.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention, a fuel cell-equipped device is provided. This fuel cell device isAn equipment housing;A first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrodeHoused in the equipment casingA fuel cell body;The device casing is a fuel cell main body.Has an opening that exposes at least a portion of the second electrode to the outside.AndThe opening ismachineThe shield state and the open state can be selected by the displacement of the housing.
[0015]
  According to such a configuration, the output of the fuel cell can be reduced without an apparatus or system for forcibly supplying fuel or oxygen and an apparatus or system for removing water generated at the air electrode. Can be suppressed. In the present invention, at least a part of the second electrode (air electrode) of the fuel cell ismachineIt is exposed to the outside of the device through the opening of the housing, and the opening can be selected between a shielded state and an open state by the displacement of the housing. When the fuel cell-equipped device of the present invention is a mobile phone, for example, when the mobile phone is driven with high power during a call or the like,machineBy opening the opening by displacement or form change of the housing, water generated at the air electrode can be efficiently removed with battery operation. This is because transpiration of water adhering to the air electrode is promoted by being released to the air outside the device. By efficiently removing the water generated at the air electrode, it is possible to suppress a decrease in the reaction rate in the oxygen reduction reaction at the air electrode. As a result, the oxidation reaction that proceeds in conjunction with the reduction reaction, that is, the fuel It is possible to suppress a decrease in the reaction rate in the fuel oxidation reaction at the electrode. As a result, a decrease in battery output can be suppressed.
[0016]
  In addition, according to the present invention, when the mobile phone is driven at low power during standby or the like and a significant amount of water is not generated at the air electrode,machineThe opening can be shielded by the displacement of the housing. Since the opening or the air electrode is shielded, the air electrode is prevented from being damaged or contaminated, and as a result, the output reduction of the fuel cell is suppressed.
[0017]
  As described above, according to the fuel cell-equipped device according to the present invention, the exposure state of the air electrode to the air outside the device can be appropriately changed according to the power consumption of the device. Even without a system, it is possible to appropriately suppress a decrease in battery output. Conventionally, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-199311 and 2001-292214, a battery is mounted.machineAn electronic device whose casing can be displaced is known. However, they generally do not carry a fuel cell and thus change the exposure of the fuel cell cathode.machineThe form of the housing does not change.
[0018]
  In a preferred embodiment of the present invention,machineThe housing has an opening and a fuel cellBodyFirst to accommodateportionA housing,Does not have an opening, does not contain a fuel cell body, and1st through hingeportionSecond connected to the housingportionWith the housingPossess, FirstportionHousing and secondportionThe housing is rotatable about the hinge portion as a pivot,portionThe housing can be disposed at a position where the opening is shielded. Such a configuration is suitable for appropriately selecting the shielding state and the open state of the opening. In this case, the hinge portion is the firstportionIt is preferable to have a fuel storage unit that holds fuel supplied to the first electrode of the fuel cell body in the housing. Or firstportionThe housing may have a fuel storage part that holds fuel supplied to the first electrode of the fuel cell body at a position closer to the hinge part than the fuel cell body. When the fuel storage unit is provided in such a configuration, when a liquid fuel such as an aqueous methanol solution is employed as the fuel, the fuel may be appropriately supplied to the fuel electrode by utilizing its own weight. .
[0019]
  In another preferred embodiment of the present invention,machineThe housing has an opening and a fuel cellBodyFirst to accommodateportionA housing,Does not have an opening, does not contain a fuel cell body, andBetween the position where the opening is shielded and the position where the opening is open.portion2nd slidable relative to the housingportionWith the housingHave. Such a configuration is also suitable for appropriately selecting the open state and shielding state of the opening.
[0020]
  In the present invention, the electrolyte layer is preferably made of a solid polymer electrolyte membrane. The fuel is preferably a methanol aqueous solution.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  1 to 5 show a mobile phone X1 that is a fuel cell-equipped device according to a first embodiment of the present invention. 1 and 2 are perspective views of the mobile phone X1. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is an exploded cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. In the present embodiment, the mobile phone X1 will be described as a mobile electronic device equipped with a direct methanol fuel cell.
[0022]
  The mobile phone X1 is the firstportionHousing 11 and secondportionHousing 12 and firstportionAnd a fuel cell main body 20 accommodated in the casing 11. FirstportionCase 11 and secondportionThe housing | casing 12 is connected via the hinge part 13, and can be displaced between the folding state shown in FIG. 1, and the unfolding state shown in FIG. FirstportionThe housing 11 is provided with an opening 11a. SecondportionThe housing 12 is provided with a display 31, various buttons 32, a speaker 33, a microphone 34, and an antenna 35. As shown in FIG. 5, the hinge part 13 is provided with a fuel storage part 14 for holding a methanol aqueous solution that is a liquid fuel. The fuel storage unit 14 in the present embodiment is configured as a small tank in which an aqueous methanol solution is directly stored, and has an inlet (not shown) for appropriately replenishing the aqueous methanol solution or methanol. FirstportionCase 11, secondportionThe housing 12 and the hinge portion 13 may be made of metal or resin.
[0023]
  As shown in FIGS. 3 to 5, the fuel cell main body 20 includes a fuel electrode 21 and an air electrode 22, and an electrolyte layer 23 sandwiched between them. The fuel electrode 21 has a laminated structure including a catalyst layer 21a and a current collector 21b. Similarly, the air electrode 22 has a laminated structure including a catalyst layer 22a and a current collector 22b.
[0024]
  The catalyst layer 21a of the fuel electrode 21 is for oxidizing methanol according to the above formula (1) to extract protons and electrons, and forming catalyst layers on the catalyst particles formed by supporting the catalyst on conductive particles. It contains a mixture with the later-described proton conductive polymer material and is porous. Examples of the conductive particles include carbon particles such as ketjen black, furnace black, and carbon black. As the catalyst, a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) alloy can be employed. The particle size of the catalyst is, for example, 2 to 5 nm. In the production of the catalyst layer 21a, first, catalytic particles and a proton conductive polymer material are mixed in an aqueous solvent system or an alcohol solvent system, and this is defoamed to prepare an electrode paste. Next, an electrode paste is applied or filled on the porous conductive film as the catalyst layer substrate, and then dried by heating at 100 ° C., for example. Examples of the porous conductive film include carbon paper. The film thickness of the porous conductive film is, for example, 100 to 400 μm, and the material thickness derived only from the electrode paste on the porous conductive film that is the catalyst layer substrate is, for example, 5 to 50 μm. In this way, a porous catalyst layer 21a with a porous conductive film (not shown) is produced.
[0025]
  The current collector 21b is for efficiently extracting electrons generated by the methanol oxidation reaction in the catalyst layer 21a, and is a metal mesh made of SUS or Ni, for example. As the current collector 21b, a current collector having a mesh opening diameter or a mesh opening ratio through which a methanol aqueous solution as a liquid fuel can be easily passed is adopted. The current collector 21b is electrically connected to a predetermined electronic circuit (not shown) for achieving various functions of the mobile phone X1.
[0026]
  The catalyst layer 22a of the air electrode 22 is for advancing the reduction reaction of oxygen in the air in accordance with the above-described formula (2), and has catalytic particles formed by supporting a catalyst on conductive particles and formation of an electrolyte layer. It contains a mixture with the later-described proton conductive polymer material and is porous. Platinum (Pt) can be employed for the catalyst. The particle size of the catalyst is, for example, 2 to 5 nm. About the electroconductive particle, the thing similar to the catalyst layer 21a can be used. The method for producing the catalyst layer 22a is the same as described above with respect to the catalyst layer 21a.
[0027]
  The current collector 22b is for supplying electrons efficiently to the catalyst layer 22a, and is, for example, a metal mesh made of SUS or Ni. As the current collector 22b, air or oxygen can be sufficiently brought into contact with the catalyst layer 22a by natural diffusion, and water generated by the oxygen reduction reaction in the catalyst layer 22a can be appropriately evaporated and discharged. Those having a mesh aperture ratio are employed. The current collector 22b is electrically connected to a predetermined electronic circuit (not shown) for achieving various functions of the mobile phone X1.
[0028]
  The electrolyte layer 23 is a medium for transporting protons generated by the methanol oxidation reaction in the fuel electrode 21 to the air electrode 22 and is made of a polymer material having proton conductivity without having electron conductivity. Examples of such a polymer material include a perfluorosulfonic acid film. Examples of the perfluorosulfonic acid membrane include Nafion membrane (DuPont), Flemion membrane (Asahi Glass), Aciplex membrane (Asahi Kasei Kogyo), Dow membrane (Dow Chemical). The thickness of the electrolyte layer 23 is, for example, 50 to 250 μm.
[0029]
  In the production of the fuel cell body 20, first, the electrolyte layer 23 is sandwiched between the catalyst layer 21a and the catalyst layer 22a produced as described above. At this time, the catalyst layer 21a and the catalyst layer 22a are bonded to the electrolyte layer 23 through a surface made only of the material derived from the electrode paste on the porous conductive film (not shown). Next, under pressure, the bonded body is pressed and bonded in the stacking direction. Next, the current collector 21b is stacked and bonded to the catalyst layer 21a, and the current collector 22b is stacked and bonded to the catalyst layer 22a.
[0030]
  The fuel cell main body 20 manufactured in this manner has a peripheral portion and a first portion.portionThe first sealing material is the first sealing material with the packing material 36 interposed between the housing 11 and the housing 11.portionHoused in the housing 11. By providing the packing material 36 at the periphery of the fuel cell main body 20, leakage of liquid fuel from the fuel introduction path 15 described later is prevented.
[0031]
  The fuel cell body 20 is the firstportionIn the state accommodated in the casing 11, the fuel electrode 21 of the fuel cell main body 20 and the first electrodeportionA fuel introduction path 15 is formed between the casings 11 so that at least a part of the fuel electrode 21 faces. The fuel cell body 20 is the firstportionIn order to form the fuel introduction path 15 in the state accommodated in the housing 11, the first electrode that faces the fuel electrode 21 is formed.portionOn the inner surface of the housing 11, a plurality of grooves for defining the fuel introduction path are formed. As shown in FIG. 5, the fuel introduction path 15 communicates with a fuel storage section 14 provided in the hinge section 13, and is formed so that liquid fuel flows from the fuel storage section 14 by capillary action. . FirstportionIn a predetermined portion facing the fuel introduction path 15 in the housing 11, the fuel introduction path 15 and the firstportionA carbon dioxide permeable membrane (not shown) is disposed as a partition wall between the outside of the housing. The carbon dioxide permeable membrane is a membrane that selectively permeates carbon dioxide without substantially permeating liquid fuel, and carbon dioxide generated at the fuel electrode 21 is discharged through this membrane. Examples of the material constituting the carbon dioxide permeable membrane include silicon rubber and fluorine polyimide. In addition, the air electrode 22 has a firstportionA part of the housing 11 is exposed to the outside of the device through the opening 11a while being in contact with the housing 11.
[0032]
  In the mobile phone X1 having the above power generation system configuration, when a liquid fuel, that is, an aqueous methanol solution, is stored in the fuel storage unit 14, the methanol aqueous solution travels from the fuel storage unit 14 to the fuel introduction path 15 by capillary action. To the fuel electrode 21. In the fuel electrode 21, the methanol aqueous solution passes through the mesh-shaped current collector 21b and reaches the catalyst layer 21a. With this, the firstportionOxygen contained in the air is constantly in contact with the air electrode 22 that comes into contact with the outside air through the opening 11a of the housing 11. In the air electrode 22, oxygen passes through the mesh current collector 22b and reaches the catalyst layer 22a.
[0033]
  As described above, when the aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode 21 and oxygen is supplied to the air electrode 22, the catalyst layer 21a of the fuel electrode 21 causes the above equation (1) due to the action of the catalyst. ) Occurs, and carbon dioxide, protons, and electrons are generated. In the catalyst layer 22a of the air electrode 22, the oxygen reduction reaction represented by the above formula (2) occurs by the action of the catalyst, and water is generated. The fuel cell main body 20 generates electric power as the electrochemical reaction proceeds in both electrodes. Specifically, the electrons generated in the catalyst layer 21a of the fuel electrode 21 are collected by the current collector 21b through the conductive particles carrying the catalyst, and are then connected to a predetermined current connected to the current collector 21b. It flows through an electronic circuit (not shown) and consumes power. The electrons that have finished their work in the electronic circuit travel toward the current collector 22b of the air electrode 22 connected to the electronic circuit. Protons generated at the fuel electrode 21 flow into the electrolyte layer 23 via the proton conductive polymer material contained in the catalyst layer 21 a and travel toward the air electrode 22. The carbon dioxide generated at the fuel electrode 21 is the firstportionThe fuel is discharged from the fuel introduction path 15 through the carbon dioxide permeable membrane (not shown) disposed in the housing 11. In this way, the fuel cell main body 20 using the methanol aqueous solution as fuel generates at least a part of the driving power of the mobile phone X1.
[0034]
  In the mobile phone X1 including such a power generation system including the fuel cell body 20, for example, when it is driven with low power at the time of standby or the like, the firstportionCase 11 and secondportionThe housing 12 is in a folded state as shown in FIG. When the mobile phone X1 is driven at low power, a significant amount of water is not generated at the air electrode 22, and excessive power reduction due to water covering the air electrode 22 does not occur. FirstportionCase 11 and secondportionWhen the housing 12 is oriented in the folded state, the firstportionThe opening 11a of the housing 11 is shielded. As a result, the air electrode 22 facing the outside of the device through the opening 11a is prevented from being damaged or contaminated, and thus the deterioration of the air electrode 22 is suppressed. As described above, according to the mobile phone X1, the opening 11a can be in a shielded state during low power driving, and therefore it is possible to appropriately suppress the output decrease of the fuel cell main body 20 due to the deterioration of the air electrode 22. Is possible.
[0035]
  On the other hand, when the mobile phone X1 is driven with high power, for example, during a call, the firstportionCase 11 and secondportionThe housing 12 is in the unfolded state as shown in FIG. In the developed state, the opening 11a or the air electrode 22 is opened to the atmosphere, and the transpiration of water adhering to the air electrode 22 is promoted. Therefore, the firstportionCase 11 and secondportionWhen the housing 12 is oriented in the deployed state, a significant amount of water generated at the air electrode 22 as the fuel cell operates can be efficiently removed. By efficiently removing the water generated at the air electrode 22, it is possible to suppress a decrease in the reaction rate in the battery reaction. Specifically, by efficiently removing the water in the air electrode 22, it is possible to suppress a decrease in the reaction rate in the oxygen reduction reaction at the air electrode 22 and to proceed in conjunction with the reduction reaction. A decrease in reaction rate in the oxidation reaction, that is, the methanol oxidation reaction at the fuel electrode 21 can be suppressed. As described above, according to the mobile phone X1, the opening 11a can be opened when driving with high power, and thus the output decrease of the fuel cell body 20 due to the decrease in the reaction rate of the battery reaction is appropriately suppressed. It is possible.
[0036]
  In addition, in the normal usage mode of the mobile phone X1, since the fuel introduction path 15 is located below the fuel storage section 14 as shown in FIG. 5 when the housing is deployed, fuel supply to the fuel electrode 21 is promoted. The Specifically, by the action of the weight of the methanol aqueous solution, the inflow of the methanol aqueous solution from the fuel storage unit 14 to the fuel introduction path 15 and the progress of the methanol aqueous solution inside the fuel introduction path 15 are promoted. By promoting the fuel supply as described above, it is possible to achieve an appropriate contact efficiency of the liquid fuel with respect to the fuel electrode 21, and a decrease in the output of the fuel cell main body 20 is suppressed.
[0037]
  6 to 8 show a mobile phone X2 that is a fuel cell-equipped device according to the second embodiment of the present invention. 6 and 7 are perspective views of the mobile phone X2, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
[0038]
  The mobile phone X2 is a mobile electronic device equipped with a direct methanol fuel cell,

portion

Housing 11 and secondportionHousing 12 and firstportionAnd a fuel cell main body 20 accommodated in the casing 11. FirstportionCase 11 and secondportionThe housing | casing 12 is connected via the hinge part 13, and can be displaced between the folding state shown in FIG. 6, and the unfolding state shown in FIG. FirstportionThe casing 11 is provided with an opening 11a for exposing the air electrode 22 of the fuel cell main body 20 to the outside of the device. FirstportionInside the housing 11, a fuel storage unit 14 is provided as shown in FIG. 8. The fuel storage unit 14 has a firstportionIn the housing | casing 11, it arrange | positions in the position closer to the hinge part 13 rather than the opening part 11a. The fuel storage unit 14 in the present embodiment is configured as a small tank in which an aqueous methanol solution as a liquid fuel is directly stored, and has an injection port (not shown) for appropriately replenishing the aqueous methanol solution or methanol. SecondportionThe housing 12 is provided with a display 31, various buttons 32, a speaker 33, a microphone 34, and an antenna 35. FirstportionCase 11, secondportionThe housing 12 and the hinge portion 13 may be made of metal or resin.
[0039]
  The configuration and manufacturing method of the fuel cell main body 20 in the present embodiment, the power generation principle of the fuel cell main body 20 in the direct methanol system, and the power generation system configuration other than the fuel cell main body 20 have been described above with respect to the first embodiment. It is the same.
[0040]
  According to the mobile phone X2 having such a configuration, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell main body 20 as with the mobile phone X1. According to the mobile phone X2, as shown in FIG.portionCase 11 and secondportionThe housing 12 can be folded so that the opening 11a is in a shielding state. As a result, the deterioration of the air electrode 22 with time is suppressed, and accordingly, the output decrease of the fuel cell main body 20 due to the deterioration of the air electrode 22 with time can be appropriately suppressed. On the other hand, during high power driving, as shown in FIG.portionCase 11 and secondportionThe housing 12 can be expanded to open the opening 11a. Thereby, water generated by the cell reaction is efficiently evaporated from the air electrode 22, and accordingly, it is possible to appropriately suppress the output decrease of the fuel cell main body 20 due to the decrease in the reaction rate of the cell reaction. Further, in the normal usage mode of the cellular phone X2, the fuel supply path 15 is positioned below the fuel storage section 14 as shown in FIG. . Thereby, the high contact efficiency of the liquid fuel with respect to the fuel electrode 21 is achieved, and therefore, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell main body 20. In addition, in the mobile phone X2 of the present embodiment, the fuel storage unit 14 is the firstportionSince it is accommodated in the housing 11, the hinge portion 13 can be made smaller than that of the mobile phone X1.
[0041]
  9 to 11 show a mobile phone X3 which is a fuel cell-equipped device according to the third embodiment of the present invention. 9 and 10 are perspective views of the mobile phone X3, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
[0042]
  The mobile phone X3 is a portable electronic device equipped with a direct methanol fuel cell,

portion

The housing 11 'and the secondportionA housing 12 'and a firstportionAnd a fuel cell body 20 housed in a casing 11 '. FirstportionHousing 11 'and secondportionThe housings 12 'are connected to each other so as to be slidable. Specifically, the firstportionHousing 11 'and secondportionThe housing 12 'can be displaced between the contracted state shown in FIG. 9 and the extended state shown in FIG. FirstportionThe casing 11 ′ is provided with an opening 11 ′ a for exposing the air electrode 22 of the fuel cell main body 20 to the outside of the device. The opening 11'a is the firstportionThe housing 11 ′ is formed at a location that is opened in the housing extended state shown in FIG. 10. FirstportionAs shown in FIG. 11, a fuel storage unit 14 is provided inside the housing 11 ′. The fuel storage unit 14 in the present embodiment is configured as a small tank in which an aqueous methanol solution as a liquid fuel is directly stored, and has an injection port (not shown) for appropriately replenishing the aqueous methanol solution or methanol. SecondportionThe housing 12 ′ is provided with a display 31, various buttons 32, a speaker 33, a microphone 34, and an antenna 35. FirstportionHousing 11 'and secondportionThe casing 12 'may be made of metal or resin.
[0043]
  The configuration and manufacturing method of the fuel cell main body 20 in the present embodiment, the power generation principle of the fuel cell main body 20 in the direct methanol system, and the power generation system configuration other than the fuel cell main body 20 have been described above with respect to the first embodiment. It is the same.
[0044]
  According to the mobile phone X3 having such a configuration, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell main body 20 as with the mobile phone X1. According to the mobile phone X3, as shown in FIG.portionHousing 11 'and secondportionThe casing 12 'can be shortened so that the opening 11'a can be in a shielding state. As a result, the deterioration of the air electrode 22 with time is suppressed, and accordingly, the output decrease of the fuel cell main body 20 due to the deterioration of the air electrode 22 with time can be appropriately suppressed. On the other hand, during high power driving, as shown in FIG.portionHousing 11 'and secondportionThe housing 12 'can be extended to open the opening 11'a. Thereby, water generated by the cell reaction is efficiently evaporated from the air electrode 22, and accordingly, it is possible to appropriately suppress the output decrease of the fuel cell main body 20 due to the decrease in the reaction rate of the cell reaction. Further, in the normal usage mode of the mobile phone X3, the fuel introduction path 15 is located below the fuel storage section 14, so that the fuel supply to the fuel electrode 21 is promoted. Thereby, the high contact efficiency of the liquid fuel with respect to the fuel electrode 21 is achieved, and therefore, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell main body 20. In addition, in the mobile phone X3 of the present embodiment, the firstportionHousing 11 'and secondportionThere is no need to provide a hinge for connecting the casing 12 '.
[0045]
  In the first to third embodiments described above, a mobile phone equipped with a direct methanol fuel cell that uses an aqueous solution of methanol as a liquid fuel has been described. However, the present invention is a fuel that uses another liquid fuel. It can also be configured as an electronic device equipped with a battery. In that case, the fuel cell main body 20 has a configuration corresponding to the liquid fuel to be used instead of the above-described configuration, if necessary. Other liquid fuels include ethylene glycol and, for example, KBH_FourBorohydride fuels such as can be used. Further, the fuel storage unit 14 may be configured to accommodate a fuel cartridge into which liquid fuel is injected, instead of the above-described configuration in which liquid fuel is directly stored. In this case, the inside of the cartridge and the fuel introduction path 15 communicate with each other when the cartridge is mounted.
[0046]
【The invention's effect】
  According to the fuel cell-equipped device of the present invention, there is no device or system for forcibly supplying fuel or oxygen to both electrodes and no device or system for removing water generated at the air electrode. In both cases, it is possible to appropriately suppress a decrease in battery output. Such a fuel cell-equipped device is suitable for being configured as a portable electronic device such as a mobile phone or a PDA.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a state where an opening that exposes an air electrode of a fuel cell to the outside is shielded for a mobile phone that is a fuel cell-equipped device according to a first embodiment of the present invention.
2 shows a state in which an opening in the mobile phone shown in FIG. 1 is opened.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is an exploded cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 2. FIG.
FIG. 6 shows a state where an opening that exposes the air electrode of the fuel cell to the outside is shielded for a mobile phone that is a fuel cell-equipped device according to the second embodiment.
7 shows a state in which an opening in the mobile phone shown in FIG. 6 is opened.
8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
FIG. 9 shows a state where an opening that exposes an air electrode of a fuel cell to the outside is shielded for a mobile phone that is a fuel cell-equipped device according to a third embodiment.
10 shows a state in which the opening in the mobile phone shown in FIG. 9 is opened.
11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
[Explanation of symbols]
  X1, X2, X3 mobile phone
  11, 11 'firstportionEnclosure
  11a, 11'a opening
  12, 12 'secondportionEnclosure
  13 Hinge part
  14 Fuel storage
  15 Fuel introduction path
  20 Fuel cell body
  21 Fuel electrode
  22 Air electrode
  21a, 22a catalyst layer
  21b, 22b Current collector
  23 Electrolyte layer

Claims

A device housing, a first electrode for oxidizing the fuel, a second electrode for reducing oxygen, and, on the apparatus housing comprises an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrode A fuel cell-equipped device comprising a contained fuel cell main body ,
The device casing has an opening that exposes at least a part of the second electrode of the fuel cell main body to the outside ,
The fuel cell-equipped device, wherein the opening is selectable between a shielded state and an open state by displacement of the device casing.

The device housing includes a first portion housing accommodating the fuel cell main body having the opening, without a said opening, not accommodating the fuel cell body, and a hinge portion and a second portion housing coupled to the first partial casing portion through the first partial housing and the second part housing a rotatable the hinge portion as a pivot, the second The fuel cell-equipped device according to claim 1, wherein the partial housing can be disposed at a position that shields the opening.

3. The fuel cell-equipped device according to claim 2, wherein the hinge portion includes a fuel storage portion that holds fuel supplied to a first electrode of the fuel cell main body in the first partial housing.

The said 1st partial housing | casing has a fuel storage part holding the fuel supplied to the said 1st electrode of the said fuel cell main body in the position near the said hinge part rather than the said fuel cell main body. Fuel cell equipment.

The device housing includes a first portion housing accommodating the fuel cell main body having the opening, without a said opening, not accommodating the fuel cell main body, and said opening position and having a slide displaceable second part housing with respect to the first part housing between an open position, fuel-cell-equipped apparatus according to claim 1 for shielding.