燃料电池、电子装置以及燃料供给方法

专利名称：燃料电池、电子装置以及燃料供给方法
技术领域：
本发明涉及一种通过氢和氧之间的反应来进行发电的燃料电池、 一种包括这样的燃料电池的电子装置以及应用于该燃料电池的燃料供给方法。
背景技术：
在燃料电池中，氢和氧发生化学反应，从而生成水并获得电流。根据作为燃料的氢的供给方法和反应机构，燃料电池分类为直接氢聚合物电解质型、直接曱醇型、燃料重整型、磷酸型、熔融聚合物电解质型、固体氧化物型等。
在上述类型中，近年来，曱醇被直接氧化的直接曱醇型燃料电池的研究和开发已得到积极的关注，这是因为燃料处理以及高能量密度两者均相对容易地得到满足。
图26示出了传统直接曱醇型燃料电池的结构实例的截面结构。在燃^f"电池101中，甲醇水构成的液体燃^牛121装在A然津牛箱120中。在燃料箱120的上部中央部分设置燃料泵122，该燃料泵经由喷嘴123连接至燃料扩散板103。燃料扩散板103的周围区域被密封部141和分离板142覆盖。在分离—反142上方i殳置由多个电池单元(battery cell) 105A ~ 105C构成的电池本体105以及燃泮+泄漏防止才反143。在燃并牛电池101中，燃并牛扩散板103 一皮燃并+泵122和喷嘴123填充以液体燃并牛121。在燃料扩散才反103中，液体燃冲牛121在扩散的同时被汽化。在分离板142中，仅汽化的燃料供应至电池单元105A 105C。因此，在各个电池单元105A-105C中，进行发电。
而且，例如，专利文件1披露了一种燃料电池，其中，设置有具有给定形状的流路，使得液体燃料能够顺利地扩散。
专利文件1:曰本未审查专利申讳v^开号2006-140153
专利文件2:日本未审查专利申请公开号2000-10620
发明内容
然而，在图26所示的燃料电池中，液体燃料在燃料扩散板103中的扩散性很低。因此，存在这样的问题，即在从喷嘴123供应液体燃料121之后，液体燃料121仅在喷嘴123附近立即汽化，并且该燃料仅供应至喷嘴123附近正上方的电池单元(在这种情况下，是电池单元105B)。因此，首先，电池本体105的仅部分发电单元进行发电，这样产生了位置变化，并且发电效率降低。因此，为了防止这样的位置变化并且为了均匀地扩散汽化的燃料，需要在扩散板103上方具有给定的空间区域140,由此难以减小燃料电池的尺寸。
同时，在上述专利文件l中，具有给定形状的流^^有可能使液体燃料能够有效地扩散。然而，由于必须设置具有复杂形状的流路，因此制造成本很高。
如上所述，在传统的燃冲+电池中，难以利用简单结构来减小电池的尺寸。
6而且，在图26所示的结构中，存在这样的问题，即由于燃辨-电池的姿势差异(posture difference )，液体燃料121在燃料扩散板103中的扩散由于重力的影响而变得不均匀。例如，在燃津牛电池水平放置的情况下，如图27所示，液体燃料121在整个燃料扩散板103中几乎均匀地扩散。然而，在燃料电池竖直》文置的情况下，如图28所示，液体燃料121的扩散范围由于重力的影响主要位于下方，并且燃料^叉供应至下部的电池单元。
因此，例如，可以想到，通过毛细管力将液体燃坤+填充到诸如无纺布的多孔部件中，以消除重力的影响(例如，参考专利文件2)。然而，在该方法中，需要大量的填充无纺布的液体燃并+。因此，存在这样的问题，使得即使在停止燃料供给之后，仍有相当量的液体燃料留在无纺布中，并且无法快速停止燃并牛的汽化。
如上所述，在传统的燃并十电池中，难以通过防止由于姿势差异造成的重力影响而均匀地将液体燃料供给各个电池单元。
鉴于上述问题，本发明的第一目的在于提供一种能够利用简单结构来减小电池尺寸的燃料电池、电子装置以及燃料供给方法。
本发明的第二目的在于提供一种燃料电池以及包括该燃料电池的电子装置，该燃料电池能够通过防止由于姿势差异造成的重力影响而均匀地将液体燃料供给各个发电部。
本发明的第一燃料电池包括电池本体，其包括发电部；燃料扩散部，其表面上具有多孔氧化膜，通过该多孔氧化膜扩散液体燃料并将燃料供给发电部；以及燃料箱，其用于容纳液体燃料，并将液体燃料供给多孔氧化膜。
7本发明的第二燃料电池包括电池本体，其包括发电部；燃料 箱，其用于容纳液体燃料；以及燃料扩散部，其中，在电池本体侧 的表面上从供给来自燃料箱的液体燃料的入口向燃料扩散部的周 缘部径向地设置有槽部。
本发明的第一电子装置和第二电子装置分别包括本发明的第 一燃津+电池和第二燃冲+电池。
本发明的第一燃料供给方法是一种用于将容纳在燃料箱中的 液体燃料供给发电部的方法，其中，该方法将液体燃并+供给多孔氧
化膜，通过多孔氧化膜中的毛细管现象扩散液体燃料，并且使扩散 的液体燃料汽化并将燃料供给发电部。
本发明的第二燃料供给方法是一种用于将容纳在燃料箱中的 液体燃料供给发电部的方法，其中，该方法将液体燃料供给燃料扩 散部的入口 ，在从该入口朝向燃料扩散部分的周缘部分径向形成的 槽部分中通过毛细管现象而移动液体燃料，并且4吏移动的液体燃料 汽化并将燃料供给发电部。
在本发明的第一燃料电池和第一电子装置中，容纳在燃料箱中 的液体燃料供应至多孔氧化膜。在多孔氧化膜中，通过由于大量的 微小孔产生的毛细管现象，扩散液体燃料。然后，使扩散的液体燃 料汽化，并将其供应至发电部。
在本发明的第二燃料电池和第二电子装置中，容纳在燃料箱中 的液体燃料供应至燃料扩散部的入口 ，借助毛细管现象而移动通过 径向的槽部。在燃料扩散部竖直配置的情况中，液体燃料在槽部中 克服重力而向上移动。因此，防止了由于姿势差异而造成的重力影 响，并且液体燃料均匀地供应至各个发电部。根据本发明的第 一燃料电池或第 一 电子装置，设置表面为多孔 氧化膜的燃料扩散部，并且使从燃料箱供应至燃料扩散部的液体燃 料在该多孔氧化膜中扩散。因此，可以利用毛细管现象，使液体燃 料均匀扩散至宽范围，然后汽化，并供应至发电部。因此，能够利 用简单结构来减小电池的尺寸。
根据本发明的第二燃料电池和第二电子装置，在燃料扩散部的 电池本体侧的表面上，从入口向燃料扩散部的周缘部径向设置槽 部。因此，通过利用毛细管现象，可以使液体燃料在槽部中移动， 而与重力的方向无关。因此，防止了由于姿势差异造成的重力影响， 并且可以均匀地将液体燃料供给各个发电部。
才艮据本发明的第 一燃泮牛供给方法，将容纳在燃泮牛箱中的液体燃 料供应至多孔氧化膜，通过毛细管现象使液体燃料在该多孔氧化膜 中扩散，并且使扩散的液体燃料汽化，并将其供应至发电部。因而， 汽化的燃料可以均匀地扩散。因此，可以利用简单结构来减小电池 的尺寸。
根据本发明的第二燃料供给方法，将容纳在燃料箱中的液体燃
料供应至燃料扩散部的入口 ，在AU亥入口朝向燃料扩散部的周缘部
径向形成的槽部中通过毛细管现象来移动液体燃料，并且〗吏移动的 液体燃料汽化并将其供应至发电部。因此，即使在竖直布置燃料扩
散部的情况下，也可以克月l重力在槽部中向上移动液体燃料。因此， 防止了由于姿势差异造成的重力影响，并且可以将液体燃料均匀地 供应至各个发电部。


图1是示出了根据本发明第 一 实施方式的燃料电池的结构的剖视图。
9图2是示出了图1所示的燃料扩散层的详细结构的剖视图。
视图。 面图。
图5是用于说明多孔氧化膜的膜厚度调整的剖视图。
图6是示出了根据第一变型例的燃料电池的结构的平面图和剖视图。
图7是示出了根据第二变型例的燃料电池的结构的平面图和剖视图。
图8是示出了根据第三变型例的燃料电池的结构的剖 一见图。
图9是示出了根据第四变型例的燃料电池的结构的剖视图。
图10是示出了4艮据本发明第二实施方式的燃料电池的燃料扩 散层的结构的平面图，该图是从形成有槽部的 一侧观看的。
图11是示出了槽部的一个实施例的剖视图。
图12是示出了槽部的另一实施例的剖^L图。
图13是示出了槽部的又一实施例的剖视图。
图14是示出了槽部的又一实施例的剖一见图。
图15是示出了槽部的又一实施例的剖视图。
10图16是示出了槽部的又一实施例的剖一见图。
图17是示出了燃料扩散层的另一结构的平面图和剖视图。
图18是示出了燃料扩散层的又一结构的剖视图。
图19是用于说明用于才企验槽部中的毛细管力的试验的透一见图。
图20是示出了在图19所示的间隙的尺寸改变的情况下有色水 上升高度的计算结果的曲线图。
图21是用于说明用于检验槽部中的毛细管力的另一试验的透视图。
图22是示出了图21所示的槽部中的水面形状的剖视图。
图23是示出了槽部的又一实施例的剖视图。
图24是示出了槽部的又一实施例的剖视图。
图25是示出了燃^j"扩散层的又一实施例的剖一见图。
图26是示出了传统燃料电池的结构的剖一见图。
图27是用于说明由于传统燃料电池姿势而造成的燃料扩散的 差异的平面图和剖视图。
图28是用于说明由于传统燃料电池姿势而造成的燃料扩散的 差异的平面图和剖视图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1示出了根据本发明第一实施方式的燃料电池(燃料电池l) 的截面结构。此外，通过根据本实施方式的燃料电池系统来实施本 发明的第一燃料供给方法，因此也将给出其描述。
燃料电池1设置有容纳液体燃料(例如，曱醇水)21的燃料箱 20。在燃料箱20上方，设置电池本体5。电池本体5包括多个沿水 平方向布置的电池单元5A 5C。此外，燃冲+箱20包4舌例如这才羊 的容器(例如，塑料袋)，即使液体燃料21增加或减少，体积发生 变化而不会有气泡进入其中；以及覆盖该容器的长方体外壳(结 构)。
各个电池单元5A 5C是直接曱醇型的发电部，其中，通过氢 和氧之间的反应来进行发电。燃料电极(负电极、负极)51和氧电
极(正电极、正极)53通过中间的电解质膜52而相对布置。未示 出的空气供给泵连接至氧电才及53。燃冲十电4及51形成在电池单元 5A ~ 5C的燃料箱20侧上。此外，电解质膜52例如由质子导体构成。
在燃料箱20中，用于吸入燃并牛箱20中的液体燃料并将液体燃 料从喷嘴23排出的燃料供给泵22设置在燃料箱的中央上部附近。 在燃料箱20与电池单元5A 5C之间，具体地说，在燃料箱20的 顶面上，形成燃料扩散层3，用于使从喷嘴23排出的液体燃料21 在该层中扩散。此外，喷嘴23穿透燃料箱20和燃料扩散层3的一 部分，因而燃料箱20中的液体燃料供应至燃料扩散层3。图2详细示出了燃料扩散层3的截面形状。燃料扩散层3在金
属层31上(电池本体5侧的表面)具有多孔氧化膜32 (膜厚dl )。
金属层31由铝(Al)或其合金制成。多孔氧化膜32通过对金 属层31进4亍纟会定的氧化铅月莫处理(alumite treatment)而形成，并 且该多孔氧化膜由氧化铝(八1203 )或氧化铝合金制成。如图2所示， 在多孔氧化膜32中，沿层间方向形成大量的微小孔(例如，直径 为约10 nm的孔)。后面将描述在形成多孔氧化膜32中的氧化铝膜 处理的详情。
将再次参照图1进行描述。在燃料箱20上的燃料扩散层3的 周围区域中，密封部41沿层间方向延伸。在燃料扩散层3的上方， 均匀地形成连4妻至密封部41的分离4反42,其中，气体和液体能够 彼此分离。分离板42例如由聚丙烯基多孔膜等制成。
在分离板42的上方，分别布置上述电池单元5A 5C。电池单 元5A ~ 5C通过燃料泄漏防止板43而彼此连接，并且电池单元5A ~ 5C和分离板42通过燃料泄漏防止—反43而^皮此连4妻。乂人而，可以 防止已通过分离才反42的液体燃冲+ 21的泄漏。
例如可以如下制造燃并牛电池1 。
首先，例如通过溅射方法，在连接有燃料供给泵22和喷嘴23 的燃料箱20上形成由上述材料制成的金属层31。
接着，对金属层31进4亍给定的氧化铝膜处理以形成多孔氧化 膜32。具体地说，首先，作为用于氧化铝膜处理的预处理，对金属 层31进行脱脂处理、边缘处理(edging treatment)等以去除金属层 31的表面上的油脂和自然氧化膜。接着，对金属层31进行氧化铝 膜处理以形成多孔氧化膜32。此时，例如，在石危酸层、4各酸层、有
13才几酸层、；肖酸层、草酸层、硼酸层等中进4亍处理，同时例如施加约
1 (A/dm2)的直流电。将上述酸层的温度i殳置成例如约20°C。通 过该温度能够调节多孔氧化膜32的表面状态。期望增加温度，因 为这样能够提高液体燃料的扩散效果。对于在氧化铝膜处理中的染 色，可以设定任意颜色。在通常的氧化铝膜处理中，随后进4亍密封 处理。然而，在本实施方式的氧化铝膜处理中，省略了全部或部分 的密封处理以保留孔，而不进行完全的密封处理。
最后，在如上所述形成的燃料扩散层3上方设置密封部41和 分离板42，在密封部41和分离才反42上方进一步i殳置由上述材并牛制 成的电池本体5以及燃并牛泄漏防止部43, 乂人而制造出图1所示的燃 泮牛电〖也系乡充1。
在燃料电池系统1中，通过燃料供给泵22和喷嘴23将装在燃 料箱20中的液体燃料21填充到燃料扩散层3中。填充在燃料扩散 层3中的液体燃料21在燃料扩散层3的表面上的多孔氧化膜32中 扩散并汽化。汽化的燃料穿过分离板42,到达各个电池单元5A 5C,并分别供应至其燃料电极51。同时，空气(氧气)通过未示 出的空气供给泵而供应至各个电池单元5A ~ 5C的氧电极53。然后， 在各个燃料电极51中，反应开始以产生氢离子和电子。进一步地， 氩离子通过电解质膜52而移动至氧电4及53,与电子和氧发生反应， 乂人而生成水，并且生成作为副产物的二氧化石友。因此，在燃冲+电池 1中，进4亍发电。
在这种情况下，在多孔氧化膜32中，通过上述给定的氧化铝 膜处理形成大量的微小孔。因此，例如，如图3(A)和图4(A) 中的剖一见图和平面图分别示出的，通过孩吏小孔产生的毛细管现象， 供应至多孔氧化膜32的液体燃料21均匀地扩散至宽范围。此外， 在图3 (A)中，液体燃料21均匀向下扩散至孔的底部。然而，在某些情况下，根据多孔氧化膜32的表面状态等，液体燃料21不能
向下扩散至孔的底部。
同时，在图26所示的传统燃津牛电池101中，供应至燃津牛扩散 板103的液体燃料121具有液体燃料121在燃料扩散板103上的低 润湿特4i。因此，例如，如图3 (B)和图4 (B)的平面图和剖一见 图中分别示出的，与本实施方式的燃料电池l的情形相比，扩散范围小。
如上所述，在本实施方式的燃料电池1中，供应至多孔氧化膜 32的液体燃料21均匀地扩散至宽范围。结果，汽化的燃料不会主 要位于喷嘴23的上方位置附近，而以均匀状态供应至电池本体5。
如上所述，在本实施方式中，在电池本体5与燃料箱20之间 设置燃料扩散层3，在燃料扩散层3中，其在电池本体5侧的表面 是多孔氧化膜32,并且从燃料箱20供应至燃料扩散层3的液体燃 料21在多孔氧化膜32中扩散。因此，可以利用由于微小孔引起的 毛细管现象，使液体燃料21均匀地扩散至宽范围，然后汽化，并 供应至电池本体5中的各个电池单元5A 5C。因此，不需要用于 均匀扩散汽化的燃料的空间区域、用于扩散液体燃料的具有复杂形 状的流-各等。因此，可以利用简单结构来减小电池的尺寸。
而且，对于由铝制成的金属层31 <叉进4亍主合定的氧化铝力莫处理 就足够了。因此，可以以1更宜的制造成本实现这种电池。
并且，在普通的氧化铝膜处理中，在形成微小孔之后，进行用 于密封孔的密封处理。然而，在本实施方式的多孔氧化膜32中， 省略了这样的密封处理。因此，实现了前述效果，并且通过省略一 个步骤，可以通过比普通氧化铝膜处理更容易的方法来形成燃津牛扩 散层3。
15而且，可以在液体燃料21在多孔氧化膜32中扩散之后立即汽 化扩散的液体燃料21。因此，使得能够以少量液体燃料21在宽范 围中进行燃料供给，同时不会在完成发电之后在电池本体5中留下 无用的液体燃料21。因此，可以改善液体燃料21的使用效率，并 且可以改善燃辟+电池1的发电效率。
此外，多孔膜由在铝化合物中最稳定的氧化铝制成。因此，例 如，即使在液体燃料21是曱醇的情况下，也能够防止由曱醇引起 的膜变化，并能够避免随着时间的劣化。因此，即使在很长时间之 后，也能够稳定的发电。
在本实施方式的燃料电池1中，例如，作为如图5所示的具有 多孔氧化膜32A (膜厚d2)的燃料扩散层3A，可以根据液体燃 料21的扩散速率和燃料保持量来调节多孔氧化膜的膜厚。如果如 上所述进行构造，则除了本实施方式的效果之外，多孔氧化膜的膜 厚调整使得能够将液体燃料21的扩散速率和燃料保持量调整到最 佳值。此外，多孔氧化膜的膜厚调整使得能够将燃料供给泵22的 驱动能力、液体燃料21的水保持条件等调整到最佳值。
在下文中，将给出第一实施方式的变型例(第一至第四)的描述。
(第一变型例)
例如，如平面6(A)以及沿图6(A)的线II-II截取的剖 视6 (B)中分别示出的燃料扩散层3B，沿给定方向通过物理 加工形成的槽部33 (这里由多个槽部331~333构成)可以形成在 燃^Hf散层中的电池本体5侧的表面上。如果如上所述进^f亍构造， 例如，如图6(A)所示，则由Pl指示的部分中的液体燃并+能够沿 图中如箭头所示的槽部33的延伸方向选择性地扩散。因此，除了前述实施方式的效果之外，可以任意地控制液体燃料21的扩散方
向。同时，代替由上述物理加工形成的槽部，可以在多孔氧化膜32 上特意地形成所谓的氧化铝膜裂紋(alumite crack),并通过利用氧 化铝膜裂紋来控制液体燃料21的扩散方向。
(第二变型例)
而且，例如，如平面7(A)和沿图7(A)的线III-III截 耳又的剖^f见7(B)中分别示出的燃^1"扩散层3C,可以i殳置用于 将液体燃料21供应至燃料扩散层的多个喷嘴，并且其数目可以增 加(这里，由5个喷嘴231 ~ 235构成)。如果如上所述进行构造， 则可以进一步提高液体燃料21的扩散性，并且进一步提高液体燃 料21的使用效率以及燃料电池1的发电效率。
(第三变型例)
而且，例如，如图8所示的具有燃料箱20A的燃料电池1A, 可能的是，燃料箱本身由铝或其合金制成，并且对顶面，即电池本 体5侧的表面，提供氧化铝膜处理，以在燃料箱的表面上形成多孔 氧化膜。如果如上所述进ff构造，则无需单独地形成扩散层。因此， 可以利用简单结构进一步减小燃料电池的尺寸。
(第四变型例)
而且，例如，如图9所示的电池单元1B，可以i殳置导热部6A 6C，通过该导热部将各个电池单元5A ~ 5C与燃料扩散层3连接， 从而在各个电池单元5A 5C中产生的热传导至燃料扩散层3。如 果如上所述进行构造，则在各个电池单元5A 5C中产生的热可用 来增加燃料扩散层3的温度，这使得能够进一步提高在多孔氧化膜 32中的扩散效率。而且，由于多孔氧化膜32由具有高导热性的氧
17化铝制成，因此从连冲妄部6A ~ 6C传导的热可快速地传导至整个膜， 因而其效果;f艮大。而且，在各个电池单元5A 5C中产生的热可有 效地再利用，电池本体5中的热释放可以有效地进行，且能量可有 效地再利用。
(第二实施方式)
图10示出了根据本发明第二实施方式的燃料电池的燃料扩散 层的结构。以与前述第一变型例和前述第一实施方式中相同的方式 构造燃料电池，不同之处在于，燃料扩散层3D的槽部33的形状是 不同的。因此，通过将相同的标号附于相应元件而给出描述。本发 明的第二燃料供给方法通过4艮据本实施方式的燃冲牛电池系统来实 施，因此也将给出其描述。
以与第一实施方式相同的方式来构造燃冲牛箱20、液体燃冲+21、 燃泮牛供纟会泵22、电;也本体5、密去于吾P 41、分离丰反42、以及燃泮牛泄 漏防止部43。
燃料扩散层3D的构成材料没有特别限制，^旦是例如可优选铝 (Al)或包含铝(Al)的合金。因此，通过利用高导热性来立刻增 加液体燃料21的温度，并且^是高液体燃料21的汽化效率是可能的。
在电池本体5侧的燃并牛扩散层3D的表面上，从入口 IL径向地 形成大量的槽部33,通过该槽部液体燃料21从燃料箱20向燃料扩 散部3D的周缘部供应。从而，在燃料电池中，可以利用槽部33中 的毛细管现象，通过防止由于燃料电池的姿势不同造成的重力影 响， <吏4寻液体燃并牛21均匀;t也供应至各个电池单元5A 5C。
槽部33的截面形状没有特别限制。然而，例如，由图ll所示 的倒三角(V形)、图12所示的矩形、或i者如圓形和图13所示的
18椭圆形的曲线(U形)所构成的截面形状是优选的。在具有倒三角
截面的槽部33中，尖端上的锐角部34是狭窄部。在锐角部34中， 可以产生强的毛细管J见象，并且易于加工4兌角部34。具有矩形截面 的槽部33具有由底面和侧面形成的两个角部35。因此，能够确4呆 恒定的毛细管力，并且能够实现有效的燃料输送。具有曲线截面的 槽部33适合于重一见燃料输送效率的情况，并且易于加工。
而且，如图14和图15所示，槽部33可以具有这样的结构， 其中多个(例如两级的)槽部33A和33B沿深度方向结合。因此， 组合前述各个截面形状并且进一步利用它们的优点是可能的。槽部 33A和33B的截面形状同样没有特别限制。而且，槽部33A和33B 可以具有相同的截面形状，或者可以具有4皮此不同的截面形状。例 如，如图14所示，槽部33A和33B可以具有彼此宽度不同的各自 的倒三角截面。另夕卜，如图15所示，可以是，槽部33A具有由诸 如圓形和椭圓形的曲线构成的截面形状，而槽部33B具有倒三角截 面形状。
另外，如图16所示，可以是，两个突起36设置在电池本体5 侧的燃料扩散层3D的表面上，并且突起36之间的间隙构造成槽部 33。在这种情况下，使得突起36外部的边角部37能够具有类似于 槽部33的燃料输送功能。
此外，如图17所示，燃料扩散层3D可以具有i殳置有槽部33 的燃料输送层3D1和覆盖设置有槽部33的燃料输送层3D1表面的 覆盖层3D2。槽部33的侧面是倾斜面38。在夹在倾斜面38与扩散 板3D2之间的两个锐角部34中，有效地产生毛细管现象。在这种 情况下，槽部33的截面形状可以具有双曲线形状或具有两个锐角 部34的倒三角，如图17 (B)所示，或者可以具有这样的形状， 该形状仅具有两个4兌角部34中的一个。而且，虽然在图17 (A) 中仅示出了设置在左上槽部33上的覆盖层3D2,但覆盖层3D2需要设置成覆盖所有的槽部33。然而，覆盖层3D2覆盖至少槽部33 就足够了，并不需覆盖燃料输送层3D1的整个表面。优选地，覆盖 层3D2暴露槽部33的至少端部，或者至少在槽部33的端部具有孔 61作为液体燃泮牛21的出口 。在燃泮牛举斩送层3D1的入口 IL的周围 区域中，可以i殳置用于临时汇集供应的液体燃津+ 21的燃冲牛池62。
图IO和图17所示的槽部33的数目、在其延伸方向上的长度、 和槽部33的面内分布，作为一个例子示出，并且优选i殳置成^f吏得 液体燃料21 4艮据燃料扩散层3D的形状和尺寸而分散到整个燃料扩 散层3D中。
如图18所示，通过与第一实施方式的燃冲+扩散层3相同的方 式，燃料扩散层3D优选在金属层31 (电池本体5侧的表面)上具 有多孔氧化膜32。因此，通过槽部33输送的液体燃料21能够在多 孔氧化膜32中扩散和汽化，并且由于其协同效果而可以获得更好 的效果。槽部33可以比多孔氧化膜32的膜厚dl更深，并且可以 到达金属层31。另夕卜，槽部33可以比多孔氧化膜32的膜厚dl更 浅。在图18中，示出了槽部33的截面形状是倒三角的情况。然而， 在形成多孔氧化膜32的情况下，槽部33的截面形状同样没有特别 限制。
例如，可以如下制造燃冲+电池。
首先，以与第一实施方式相同的方式，由前述材料制成的金属 层31形成在装有燃料供给泵22和喷嘴23的燃料箱20上。接着， 以与第一实施方式相同的方式，对金属层31进行给定的氧化铝膜 处理，以形成多孔氧化膜32。随后，在多孔氧化膜32的表面上，例如，通过例如冲切、蚀 刻、或利用刀具等的物理加工，从入口 IL朝向周缘部径向地形成 大量的槽部33,以形成燃^Hf散层3D。
最后，以与第一实施方式相同的方式，在如上所述形成的燃剩-扩散层3D上方，设置密封部41和分离板42。而且，由前述材料 制成的电池本体5和燃:扦泄漏防止部43 i殳置在密封部41和分离板 42上。因此，制造出本实施方式的燃并+电池系统。
在该燃料电池系统中，装在燃料箱20中的液体燃料21供应至 燃料扩散层3D。在燃料扩散层3D中扩散和汽化的燃料穿过分离板 42,到达各个电池单元5A 5C,并供应至其燃料电极51。同时， 空气(氧气)通过未示出的空气供给泵而供应至各个电池单元5A ~ 5C的氧气电极53。然后，在各个燃料电极51中，开始反应以生成 氢离子和电子。而且，氢离子通过电解质膜52而移动至氧电才及53， 并且与电子和氧气进行反应，从而生成水并生成二氧化-灰作为副产 物。因此，在燃并牛电池中，进行发电。
此时，由于在电池本体5侧的燃料扩散层3D的表面上，从入 口 IL向周缘部径向地i殳置大量的槽部33，因此供应至入口 IL的液 体燃料21通过毛细管现象而移动通过径向槽部33，并且在供应之 后，液体燃4牛21瞬时在燃料扩散层3D上扩展，而无需^壬〗可专用泵 等。因此，无需像专利文献2中那样为了均匀扩散而将大量液体燃 料填充到诸如无纺布的多孔部件中。而且，在停止发电的情况下， 通过停止供应燃并+而快速停止汽化。因此，防止了无用的燃并牛供应， 并且少量的液体燃料得以有效利用。
而且，在竖直放置燃料扩散层3D的情况下，液体燃料21在槽 部33中克服重力而向上移动。因此，防止了由于姿势差异造成的 重力影响，并且液体燃料21均匀地供应至各个电池单元5A ~ 5C。
21另一方面，在图28所示的传统燃料电池中，在竖直放置燃料电池
的情况下，供应至燃料扩散板103的液体燃并牛121的扩散范围由于 其自身重力而主要位于下方。
此外，多孔氧化膜32设置在燃料扩散层3D的表面上。因此， 移动通过槽部33的液体燃料21从槽部33的侧面供应至多孔氧化 膜32，并且由于多孔氧化膜32的大量的微小孔，液体燃料21通过 毛细管现象而均匀地扩散至宽范围。因此，液体燃并牛21更均匀地 扩散，并且扩散范围由于槽部33和多孔氧化膜32的协同效果而得 以扩展。
另外，毛细管现象是这样一种现象，即，在插入液体的小管、 固体壁之间的窄间隙等中，液面相对于外部自由面向上(向下)移 动的现象。通过数学公式1来获得管中液面的上升高度h。例如， 在利用#:学7>式1计算直径为0.1 mm的玻璃管中的液面基于海水 面高度的上升高度h的情况下，其结果是约28cm。然而，本实施 方式的槽部33并不是管。因此，实际计算出的槽部33中的液面的 上升高度h如图19所示。两个玻璃板403A和403B的一侧-波此4妄 触，并且厚度为1.2 mm的间隔件403C夹在与前述一侧相对的各侧 之间，以形成对应于槽部33的具有倒三角截面的间隙433。玻璃板 403A和403B i殳置在水槽420中，该水槽包含对应于液体燃冲牛21 的有色水421。接着，有色水421在间隙433中向上移动。水槽420 中有色水421的液面到间隙433中最高位置的上升高度h为约6 cm。 h=2Tcos0/ ( pgr )
在该公式中，h表示液面的上升高度(m)， T表示表面张力 (N/m)， e表示接触角，p表示液体的密度(kg/m3)， g表示重力加
22速度(m/s2)，以及r表示管的内径(半径)(m)。在水的情况下， 表面张力T为0.0728 N/m (20°C),接触角e是20度，密度p是 1000 kg/m3，以及重力加速度g是9.80665 m/s2。
图20示出了在间隙433的尺寸改变的情况下基于凄史学^^式1 计算的有色水421的上升高度h的结果。图20的计算结果4艮好地 对应于图21所示的间隙433中的水面的实际形状。从中可以发现， 与槽部33对应的间隙433中的水面的上升是基于毛细管现象。因 此，即使在如图21所示代替玻璃板403A和403B,槽部533形成 在玻璃板503中，并且3皮璃4反503i殳置在包含有色水421的水槽420 中4吏得槽部533的延伸方向对应于重力g的方向(如图22所示) 的情况下，也可想象到，槽部533中的水面形状具有以与图19和 图20所示的间隙433中的水面形状相同的方式的毛细管现象。
如上所述，在该实施方式中，在电池本体5侧的燃津牛扩散层3D 的表面上，乂人入口 IL向周缘部径向地设置大量的槽部33。因此， 即使在竖直放置燃料扩散层3D的情况下，液体燃料21也能够在槽 部33中克服重力而向上移动。因此，防止了由于姿势差异造成的 重力影响，并且液体燃料21能够均匀地供应至各个电池单元5A-5C。
而且，供应至入口 IL的液体燃料21通过毛细管现象而移动通 过径向槽部33，并且在供应之后，液体燃料21能够瞬时在燃一牛扩 散层3D上扩展，而无需任何专用泵等。因此，无需像专利文献2 中那样为了均匀扩散而利用大量液体燃^h填充^"如无纺布的多孔 部件。而且，在停止发电时，通过停止供应燃料能够快速停止汽化。 因此，防止了无用的燃料供给，并且使得能够通过有效利用少量液 体燃料而进行发电。特别地，由于在电池本体5侧的燃料扩散层3D的表面上形成 多孔氧化膜32,所以可能的是，通过槽33传输的液体燃料21在多 孔氧化膜32中更均匀地、大范围地扩散，进而汽化，并供应至电 池本体5中的各个电池单元5A-5C。
在前述第二实施方式中，已经给出了对于槽部33的宽度和截 面形状在整个延伸方向上是相同的情况的描述。然而，可以根据自 入口 IL的距离而调整槽部33的宽度和截面形状中的至少一个，以 提高毛细管力。在调整宽度的情况下，必须是随着自入口 IL的距 离变大，宽度变小。这是因为如果随着自入口 IL的距离变大，宽 度变大，则不能够传输液体燃料21。例如，如图23所示，槽部633 可以具有这样的结构，即，其中多个段(例如三个段)中的宽度彼 此不同的槽部633A、 633B、 633C按照从入口 IL侧开始的次序而 联接，并且随着自入口 IL的距离变大，槽部633A、 633B、 633C 的宽度变小。图23 4又示出了乂人入口 IL延伸的大量槽部633中的一 个。
而且，在前述第二实施方式中，已经给出了对于槽部33没有 分支的情况的描述。然而，如图24所示，槽部633可以具有乂人入 口 IL延伸的主槽部6331 (槽部633A)以及/人主槽部6331分支的 分支槽部6332 (槽部633B1和633B2,以及槽部633C1和633C2 )。 在这种情况下，分支槽部6332的宽度可以小于主槽部6331的宽度。 而且，可能的是，在分支槽部6332中，随着自入口 IL的3巨离变大， 宽度变小。图24 4又示出了乂人入口 IL延伸的大量槽部633中的一个。
而且，如图25所示，分支槽部6332可以分支成4艮多,殳。在这 种情况下，分支槽部6332的宽度可以小于主槽部6331的宽度。而 且，可以在分支槽部6332中，随着自入口 IL的距离变大，宽度变小。已经参照实施方式描述了本发明。然而，本发明并不限于前述 实施方式，并且可以进4亍各种更改。例如，在前述实施方式中，已 经专门给出了燃料电池的结构的描述。然而，燃料电池可以具有其 他结构或可以由其^也材并+制成。例如，在前述第二实施方式中，已
经给出了对于使多孔氧化膜32与槽部33 —起形成在电池本体5侧 的燃料扩散层3D的表面上的情况的描述。然而，用于扩散液体燃 料并将燃料供给至发电部的燃料扩散部在金属层31的表面上可以 具有槽部33,并且可以省略多孔氧化膜32。而且，例如，每个元 件的材料和厚度，或者燃料电池的发电条件等并不限于前述实施方 式中描述的那些。可以采用其他材并+、其他厚度、或其他发电条件。 而且，例如，液体燃辟牛21可以是除了曱醇之外的其他液体燃:料， ^口乙醇,口二甲醚。
此夕卜，本发明不仅适用于使用液体燃料的燃料电池，而且还适
用于使用除了诸如氢的液体燃并+之外的物质作为燃^F的燃^l"电池。 而且，在前述实施方式中，已经《会出了电连4妾多个电池单元
5A 5C的燃冲+电池的描述。然而，本发明也适用于单个单元型燃
料电池。
此外，在前述实施方式中，已经给出了关于本发明适用于燃料 电池以及包括燃料电池的电子装置的情况的描述。然而，除了燃料 电池之外，本发明还适用于其他电化学装置，诸如电容器、燃料传 感器以及显示器。
本发明的燃料电池可以适当地用于移动电子装置，诸如移动电 话、电子照相机、电子数据书、笔记本尺寸的个人计算机、摄像机、 便携式视频游戏播放器、便携式视频播放器、耳机式立体声系统、 和PDA (个人数字助理)。在这样的电子装置中，能够容易地实现 燃料电池的小型化。因此，同样能够容易地减小整个电子装置的尺 寸，因此使得同样能够实现制造成本的降低。
权利要求
1. 一种燃料电池，其特征在于，包括电池本体，包括发电部；燃料扩散部，在表面上具有多孔氧化膜，通过所述多孔氧化膜扩散液体燃料，并且将所述燃料供给所述发电部；以及燃料箱，用于容纳所述液体燃料，并且将所述液体燃料供给所述多孔氧化膜。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，根据所述液体 燃料的扩散速率和保持量中的至少一个来调整所述多孔氧化膜的厚度。
3. 根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，在所述燃料扩 散部中，在所述电池本体侧的表面上形成沿给定方向的槽部。
4. 根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，从供给来自所 述燃冲+箱的所述液体燃^牛的入口向所述燃并牛扩散部的周纟彖部 径向i也形成所述，曹部。
5. 根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，根据自所述入 口的距离来调整所述槽部的宽度和截面形状中的至少 一个。
6. 根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述槽部具有 从所述入口延伸的主槽部以及从所述主槽部分支的分支槽部。
7. 根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，包括将在所述 发电部中产生的热传导至所述燃料扩散部的导热部。
8. 根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，通过对铝或其 合金进行氧化铝膜处理而形成所述多孔氧化膜。
9. 一种燃冲+电池，其特4正在于，包>1舌电;也本体，包4舌发电部；燃料箱，用于容纳液体燃料；以及燃料扩散部，在所述燃料扩散部中，在所述电池本体侧 的表面上从供给来自所述燃料箱的所述液体燃料的入口向所 述燃料扩散部的周缘部径向地形成槽部。
10. 根据权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，根据自所述入 口的距离来调整所述槽部的宽度和截面形状中的至少 一个。
11. 根据权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，所述槽部具有 乂人所述入口延伸的主槽部以及乂人所述主冲曹部分支的分支槽部。
12. —种包括燃料电池的电子装置，其特征在于，所述燃料电池包 括电;也本体，包4舌发电部；燃料扩散部，在表面上具有多孔氧化膜，通过所述多孔 氧化膜扩散液体燃料，并且将所述燃料供给所述发电部；以及燃料箱，用于容纳所述液体燃津牛，并且将所述液体燃料 供给所述多孔氧化膜。
13. —种包括燃料电池的电子装置，其特征在于，所述燃料电池包 括电;也本体，包4舌发电部；燃泮牛箱，用于容纳液体燃料;以及燃料扩散部，在所述燃料扩散部中，在所述电池本体侧述燃料扩散部的周缘部径向地形成槽部。
14. 一种燃料供给方法，用于将容纳在燃料箱中的液体燃料供给发电部，其净争;f正在于，将所述液体燃料供给多孔氧化膜，在所述多孔氧化膜中通过毛细管现象扩散所述液体燃 料，以及将扩散的液体燃料汽化并供给所述发电部。
15. —种燃料供给方法，用于将容纳在燃料箱中的液体燃料供给发 电部，其特4iE在于，将所述液体燃料供给燃料扩散部的入口 ，在乂人所述入口向所述燃津+扩散部的周纟彖部径向i也形成的 槽部中，通过毛细管现象移动所述液体燃料，以及
全文摘要
本发明提供一种能够利用简单结构减小电池尺寸的燃料电池。在电池本体(5)与燃料箱(20)之间，设置燃料扩散层(3)，其中，电池本体(5)侧上的表面是多孔氧化膜(32)。而且，从燃料箱(20)供应至燃料扩散层(3)的液体燃料(21)在多孔氧化膜(32)中扩散。通过由于微小孔引起的毛细管现象，液体燃料(21)均匀地扩散至宽范围，然后汽化，并且汽化的燃料供应至电池本体(5)中的各个电池单元(5A～5C)。在燃料扩散层的位于电池本体(5)侧的表面上，从燃料供给位置朝向燃料扩散部的周缘部径向地径向地设置槽部。因此，通过利用毛细管现象使液体燃料在槽部中移动，而与重力方向无关，防止了由于姿势差异造成的重力影响，并且液体燃料均匀地供应至各个发电部。
文档编号H01M8/10GK101501913SQ20078002964
公开日2009年8月5日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月11日
发明者沢上圣一 申请人:索尼株式会社