(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消費機器に電気エネルギーを供給するシステムであって、
電流が通るとガス燃料を放出する、ガス発生セルの形の、少なくとも１個の燃料供給ユニット（９）と、
放出されたガス燃料が酸化剤と反応して電力を発生することができる、少なくとも１個の燃料電池ユニット（８）とを含み、
前記ガス発生セルは、電気化学的に酸化可能なアノードと、水素カソードと、水性のアルカリ性の電解質とを有する水素発生セルであり、かつ
前記システムは、前記燃料電池ユニットに対して並列に接続された並列接続回路を有し、消費機器に接続された際、前記ガス発生セルから前記並列接続回路を介して電流が流れ、この電流が流れると、前記ガス発生セルは水素の発生を開始し、その水素を前記燃料電池ユニットに供給する、
前記システム。
【請求項２】
前記並列接続回路は少なくとも１個の電気整流器または少なくとも１個の抵抗器を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電気整流器はダイオードである請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ガス発生セルが、約０．２５Ｖ−０．３５Ｖの開回路電圧を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記燃料電池ユニットが膜燃料電池であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記膜燃料電池が、カソード側で多孔性電力取り出し箔（１７）に接続され、かつアノード側で組み込みの燃料微細分散を有する取り出し箔（１８）に接続された膜電極アセンブリ（１６）を含むことを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記の少なくとも１個の燃料供給ユニットを前記の少なくとも１個の燃料電池ユニットに気密に接続する、少なくとも１個の接続を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記接続が、前記の少なくとも１個の燃料供給ユニットを気密に封入する筐体として構成されていることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記の少なくとも１個の燃料電池ユニットが、前記のアノード側を前記の気密な筐体の内側の方に向けて取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
モノセルの外形寸法を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は消費機器に電気エネルギーを供給するための、燃料電池に基づくシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やラップトップのような携帯機器は、今や日常生活の一部に組み込まれている。これらの機器の利用性をできるだけ拡張するために、独立した携帯エネルギー源が必要である。したがってエネルギー源の信頼性と品質が基本的に重要である。電池あるいは蓄電池が、携帯機器用のエネルギー源として従来使用されてきた。しかし充電できない電池を使用する機器の運用は一般的に非常に高価であり、一方で蓄電池は機械的および化学的変化を伴う。さらに携帯電子製品の分野における開発は、かなりの速さで進行しており、またこれは継続的に増加しているエネルギー需要に関連している。従来のエネルギー源では、この継続的に増加しているエネルギー需要に追いつくのが難しくなっている。この理由から、携帯電話やラップトップのような比較的小型の機器における電池や蓄電池の代替として、携帯燃料電池の使用がかねてから論議されてきている。
【０００３】
燃料電池は、基本的に連続して供給される燃料が酸化剤と反応して、化学エネルギーからの直接エネルギー変換により使用可能な電気エネルギーを生じる電気化学的電池である。
【０００４】
燃料としては、なかでも水素、ヒドラジン、メタン、天然ガス、軽油、メタノールのようなアルコールあるいは砂糖水が使用される。酸化剤はたとえば、酸素、過酸化水素あるいはチオシアン酸カリウムである。酸素が酸化剤の場合、その反応は「電気化学的燃焼」として知られている。
【０００５】
「燃料電池」という用語は、一般的な使い方では通常、水素が燃料として、また酸素が酸化剤としての機能を果たす水素・酸素燃料電池を指す。水素・酸素燃料電池では水の電気分解の原理が逆に行われる。
【０００６】
低温燃料電池と高温燃料電池との間には、基本的な区別がある。低温燃料電池は、一般的に非常に高い電気的効率を有する。電力対重量比が良好なので、携帯用途に特に有用である。低温燃料電池は、一般的に約６０℃から１００℃の温度で作動する。しかしこの比較的低い温度レベルのために、それが発生する熱を利用することは難しい。一方で高温システムの場合、発生する熱は第２段階で電気エネルギーを発生するのに利用することができる。高温システムの作動温度は１０００℃まで可能である。現在の産業上関連する燃料電池の種類は、次の通りである。
・アルカリ性の電解質を有するアルカリ燃料電池（ＡＦＣ）
・電解質としてプロトン伝導膜を有するプロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）および直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）
・リン酸を含む電解質を有するリン酸燃料電池（ＰＡＦＣ）
・アルカリ炭酸塩溶融電解質を有する溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）
・固体セラミック電解質を有する固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）。
【０００７】
ＡＦＣ、ＤＭＦＣおよびＰＥＭＦＣは低温燃料電池であり、ＳＯＦＣ（通常の作動温度範囲は８００℃から１０００℃）およびＭＣＦＣ（通常の作動温度範囲は６００℃から６５０℃）は高温燃料電池である。通常の作動温度範囲が１３０℃から２２０℃のリン酸型電池（ＰＡＦＣ）は、低温電池と高温電池の中間の位置にある。
【０００８】
これらすべての種類の燃料電池は、一般的に電解質によって互いに隔てられた２つの電極からできている。アノード（陽極）では燃料が酸化される（アノード反応）。これは電子を放出し、カチオン（たとえば水素が燃料の場合Ｈ+イオン）を形成する。放出された電子は、電気を消費する機器（たとえば白熱電球）を経由してカソードの方向に移動する。カソード（陰極）において酸化剤が還元される（カソード反応）。これは電子を吸収し、アニオン（たとえば酸素が酸化剤の場合、負に帯電した酸素イオン）を形成する。この形成されたアニオンはそのあとカソードに移動してきたカチオンと反応する。水素が燃料であり、また酸素が酸化剤である場合、最終的な結果として、各反応の産物として水が生成される。
【０００９】
水素・酸素燃料電池において起こる反応は、次のようにまとめることができる。
２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-    （アノード反応：酸化／電子の放出）
Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ    （カソード反応：還元／電子の吸収）
２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ    （最終結果：酸化還元反応）
【００１０】
燃料電池の中の電解質は多くの機能を果たす。なかでもこれは燃料電池内のイオン電流輸送を確保し、さらに２つの電極間に気密の障壁を形成する。上述したように、アルカリ燃料電池における電解質は通常液体である。ＰＡＦＣおよびＭＣＦＣにおいて、無機質で不活性の支持体が電解質とともにイオン伝導性で気密のマトリックスを形成する。ＳＯＦＣにおいては高温酸素イオン伝導体（たとえばドープした酸化ジルコニウムセラミック）が一般的に固体セラミック電解質としての機能を果たす。ＰＥＭＦＣにおいては、Ｈ+イオンに対して透過性であるポリマー膜が使用される。
【００１１】
燃料電池における電極は、電解質層を有するガス透過性の多孔質の電極（ガス拡散電極として知られる）であることが多い。それぞれの反応ガスは、これらの電極を通って電解質へともたらされる。この電解質層は通常、貴金属、ラネーニッケル、炭化タングステン、硫化モリブデン、硫化タングステンあるいは類似の適切な物質を含む。
【００１２】
しかし反応ガスの極微細分散は、ガス拡散装置の中間設置を介さずに達成できる。ＤＥ  １０１  ５５  ３４９は、カソード側とアノード側の両方に電力の取り出し箔を備える膜電極アセンブリ（ＭＥＡという略称で知られる、電解質層を備えるイオン伝導膜を有するアセンブリ）を有するマイクロ燃料電池システムを説明している。電力取り出し箔は、ＭＥＡでの反応ガスの極微細分散を確実にする拡散チャネルを有する。
【００１３】
燃料電池に水素あるいはその他の反応ガスを供給するために、通常たとえばビンの形状をした大容量のガス貯蔵容器を用いる。水素はまた、金属水素化物貯蔵合金の形で貯蔵できる。しかし水素を比較的大量に貯蔵することについて、安全に関する重大な懸念が高まってきている。
【００１４】
冒頭で述べたように、水素あるいは、たとえばメタノールや天然ガスのような、その他の燃料を使用することができる。しかし上記のうちのある種の燃料電池（たとえばＡＦＣ）は、水素以外の燃料の直接反応に適していない。この場合、天然ガスや軽油のような燃料は、まず水素と二酸化炭素に変換されなければならない。これには改質装置が必要である。改質装置は、使用される燃料を高水素プロセスガスに変換する外部装置である。
【００１５】
一方、ＤＭＦＣは、高濃度の水素を含む反応ガスを得るための事前の改質なしに、メタノールを直接反応させることができる。液体メタノールは直接プロトン、自由電子および二酸化炭素に変換される。ＰＥＭ燃料電池のさらなる発展形であるＤＭＦＣは、その原型のように、電解質としてポリマー膜を備える（上記参照）。しかしＤＭＦＣの動作において通常、メタノールが水によく溶けるために、メタノールクロスオーバーとして知られる、消費されなかったメタノールのカソード側への好ましくない浸透がある。メタノールクロスオーバーのために、ポンプとセンサによる複雑なやり方で濃度を制御しなければならない薄いメタノール／水混合物が、しばしば利用される。
【００１６】
メタノールのエネルギー密度が比較的高いため、携帯電子機器用のエネルギー供給分野における多くの研究の重点は、上記の欠点にもかかわらず現在直接メタノール型燃料電池に置かれている。代案として、燃料電池とマイクロ改質装置との組み合わせにも、関心が高まってきている。しかしながら、大きな努力にもかかわらず、これらのエネルギーシステムの開発は、これまでに量産にまで進展することができていない。携帯電子機器用の超小型エネルギー源が、いまだ緊急に必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって本特許発明の目的は、燃料電池技術に基づき、特に携帯電子機器のエネルギー要求を満たし、高いエネルギー密度を有する、信頼できるエネルギーシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するために、本発明は消費機器に請求項１の特徴を有する電気エネルギーを供給するためのシステムを提案する。請求項１で請求するような本発明によるシステムの好ましい実施例は、それに従属する請求項２から１０で説明される。本発明は同様に請求項１１の特徴を有する燃料電池を作動する方法を提供するが、その好ましい実施例は請求項１２で説明される。独立した請求項１３で請求するようなガス発生セルの新しい使用もまた、本発明により提供される。すべての請求項の文言は、本説明での参照によりここに組み込まれる。
【００１９】
消費機器に電気エネルギーを供給するための本発明によるシステムは、少なくとも１個の燃料供給ユニットと少なくとも１個の燃料電池ユニットとを含む。電流が燃料供給ユニットを通過するとき、燃料供給ユニットは燃料電池ユニット内で酸化剤と反応して電力を生じることができるガス燃料を放出する。
【００２０】
燃料供給ユニットは、好ましくはガス発生セルである。ガス発生セルにおいて、ガス燃料を電気化学的に生成することができ、単位時間あたりに放出されるガス燃料の量は、ファラデーの法則に従って単位時間に供給ユニットを通って流れる電荷の量に比例する。燃料供給ユニットは、このように燃料電池ユニットへの化学エネルギーの源としての役割を果たす。
【００２１】
特に好ましいのは、燃料供給ユニットと燃料電池ユニットとが電気的に直列に接続されており、これにより負荷のもとで基本的に供給ユニットと燃料電池ユニットとを同じ電荷の量が通ることである。電気化学プロセスは、ガス発生セル中の電流に連結されているので（上記のように）、電流が増加すると、より多くの水素が生成され、一方で、電流が減少すると生成が減少する。この電流は、順に消費機器の電力要求に連結されている。消費機器により多くの電流が流れる場合、より多くの水素がガス発生セルで発生し、燃料電池ユニットで電気エネルギーに変換される。
【００２２】
その結果として、本発明のシステムの出力電力は、必要な場合、作動中の消費機器の電力要求に動的に適合することができる。このことは別個の複雑な制御システムを不要することができる。その結果、本発明による燃料電池に基づくエネルギーシステムは、これまでの技術に比べて特に有利である。さらに燃料電池が必要とするガス燃料は、作動に必要なときにだけ生成されることがわかる。したがって大容量の燃料容器を必要とせず、このことは全システムのエネルギー密度に好ましい影響を与える。
【００２３】
燃料電池ユニットにおいて反応するガス燃料は、好ましくは水素である。これは適切なガス発生セルで生成される。
【００２４】
燃料電池ユニットにおいて反応する酸化剤は、好ましくは酸素、特に大気中の酸素である。
【００２５】
最も簡単な場合、本発明によるシステムは、燃料供給ユニットとしてのガス発生セルと燃料電池ユニットとを有する。このようなシステムは一般的に約０．５Ｖから１．３Ｖの範囲の電圧を供給する。この電圧は、それが適切な場合、変圧器を使って必要なシステム電圧に適合させることができる。より高い電圧は、ガス発生セルと燃料電池を直列に接続することにより問題なく達成できる。このシステムは、このようにして簡単なやり方で消費機器のそれぞれの電圧および電流要求に適応できる。
【００２６】
同数のガス発生セルと燃料電池とを、直列に接続することが好ましい。
【００２７】
しかしながら、さらなる好ましい実施例において、たとえば漏洩の結果としてのガス損失を補償するために、ガス発生セルの数が燃料電池ユニットの数よりも多くても良い。
【００２８】
本発明によるシステムで発生する全電力は、電流を少なくとも１個の燃料供給ユニットおよび少なくとも１個の燃料電池ユニットの全電圧と掛け合わせて算出することができる。
【００２９】
ガス発生セルは、好ましくは電気化学的に酸化できるアノードを有する水素発生セルである。水素発生セルにおいて、反応ガスの水素は、電解質の主成分である水の形にて化学的に大気圧下で保存される。水素発生セルは好ましくは金属アノード、特に亜鉛アノードと、水素カソードおよび水性の、好ましくはアルカリ性の電解質を有する。特に好ましいのは、活性物質として、亜鉛粉末、水酸化カリウムおよび増粘剤のペースト、および水の還元のための触媒から成るカソードを含む水素発生セルである。その中で、水は次の反応方程式に従って生成される。
アノード反応：  Ｚｎ＋２ＯＨ-→ＺｎＯ＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-
カソード反応：  ２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→２ＯＨ-＋Ｈ2
全反応：  Ｚｎ＋Ｈ2Ｏ→ＺｎＯ＋Ｈ2
【００３０】
この反応の過程において、容器中にある亜鉛は、酸化されて酸化亜鉛になる。水素ガスがカソードで生じ、燃料電池ユニットの方向に放出することができる。
【００３１】
この反応は、電流が水素発生セルを通って流れるときだけ進行する。発生した水素の量は、ファラデーの法則に従って完了した電荷に関連している。このようにして生じた水素の量は電流を経由して正確に制御されうる。
【００３２】
本発明によるシステムは、好ましくは休止状態で約０．２５Ｖから０．３５Ｖの開回路電圧を有するガス発生セルを有する。この形の適切なガス発生セルは、なかでもＤＥ  ３５  ３２  ３３５、ＤＥ  ４１  １６  ３５９およびＥＰ  １  ３９６  ８９９に説明されており、参照によりここに明示的に組み込まれる。
【００３３】
本発明によるシステムは、特に好ましくは非常に薄い燃料電池ユニット、特にたとえばＤＥ  １０１  ５５  ３４９で説明されるプロトン伝導膜を有する膜燃料電池を有する。
【００３４】
最も簡単な場合、本発明によるシステムは、１個の燃料電池ユニットを含む。このシステムが複数のユニットを含む場合、これらは好ましくは平面に並べて配置される。
【００３５】
膜燃料電池が燃料電池ユニットとして使用される場合、カソード側に多孔性の電力取り出し箔を備え、アノード側に組み込みの燃料微細分散を有する取り出し箔を備える膜電極アセンブリを含むユニットが好ましい。多孔性の電力取り出し箔と組み込みの燃料微細分散とを備える全膜電極アセンブリは、好ましくは２つのプレートの間に配置される。多孔性の電力取り出し箔の側に配置されたプレートは、酸化剤、特に大気酸素の接近を確保する少なくとも１個の開口を特に有する。燃料電池ユニットからの反応生成物の放出もまた、好ましくはこの少なくとも１個の開口を経由して行われる。特に、反応で生成した水は自由対流により燃料電池ユニットから放出されることができる。燃料電池カソードにおける酸化剤の置き換えも、作動中の自由対流により連続的に起こる。現在の目的に対して、自由対流は粒子輸送が専ら温度勾配の効果に基づくことを意味する。特に反応ガスの輸送のためのファンやポンプのような付加的な装置は、必要とされない。
【００３６】
組み込みの燃料微細分散を備える取り出し箔の側に配置されたプレートは、好ましくは、少なくとも１個の燃料電池ユニットへの燃料、特に水素の流入を確保する少なくとも１個の開口を有する。
【００３７】
特に好ましい実施例において、本発明によるシステムは、少なくとも１個の燃料電池ユニットとの少なくとも１個の並列接続を有する。この少なくとも１個の並列接続は、好ましくは（少なくとも１個の燃料電池ユニットを通る電流と比較して）非常に小さい電流に対して設計される。
【００３８】
さらなる好ましい実施例において、少なくとも１個の電気整流器、特に少なくとも１個のダイオード、が少なくとも１個の燃料電池ユニットに並列に接続される。他の好ましい実施例において、少なくとも１個の抵抗器が、燃料電池ユニットに並列に接続される。
【００３９】
本発明によるシステムは、好ましくは燃料電池ユニットへの燃料の流入を制御する弁、特に機械式弁を有する。好ましい実施例において、この弁はスリットのあるシリコン膜である。この弁はガス発生セルと燃料電池ユニットとの間の燃料の流れを制御する。それは好ましくは、ガス発生セルにおける低い水素超過圧力でも開く。燃料電池ユニットのプロトン伝導膜と共に、この弁は周囲の空気と水分が燃料電池ユニットを経由してガス発生セルに入ることを防ぐ。
【００４０】
燃料電池ユニットは、好ましくは休止状態のとき大気圧である。しかしながらそれは必要なとき急速に活性化されうる。本発明によるシステムの特に好ましい実施例において、供給ユニットと燃料電池ユニットとの間の中間燃料貯蔵容器として、ガス貯蔵容器が配置される。この中間燃料貯蔵容器はピーク出力電力に役立ち、またシステムの素早い応答を確保する。
【００４１】
本発明のシステムは、少なくとも１個の燃料供給ユニットを少なくとも１個の燃料電池ユニットに作動中に水素が失われないように気密に接続する、少なくとも１個の接続を特にアダプタの形で含むのが好ましい。
【００４２】
この接続は、特に好ましくは少なくとも１個の燃料供給ユニットを気密に封入する筐体として構成される。この筐体は、好ましくは電気的に絶縁されている部分と、この中にある、全体システムのマイナス電力導線として機能する金属蓋とを有する。この少なくとも１個の燃料電池ユニットは、好ましくはアノード側を気密の筐体の内側に向けて使用される。全体システムの陽極として機能する接触部は、好ましくは少なくとも１個の燃料電池ユニットの外側に配置される。
【００４３】
特に好ましい実施例において、本発明によるシステムの燃料供給ユニットは交換可能である。この目的のために、筐体は好ましくは気密に閉じ、それを経由して使い尽くした燃料供給ユニットを一杯になっている燃料供給ユニットと交換できる、開口を備える。もちろん燃料供給ユニットだけが交換される必要があることを強調しておかねばならない。燃料電池ユニットは、システム中に残しておくことができる。
【００４４】
本発明によるシステムの寸法は、一次電池をこれで置き換えられるように選択するのが好ましい。本発明によるシステムは、たとえばモノセルの寸法（つまり高さが約６ｃｍ、直径が約３．４ｃｍ）、あるいはトリプルＡマイクロセルあるいはダブルＡマイクロセルの寸法（高さが約４．５ｃｍで直径が約１ｃｍ、または高さが約５．１ｃｍで直径が約１．５ｃｍ）に形成できる。
【００４５】
燃料電池を作動させる方法もまた、本発明により提供される。本発明の方法によれば、反応させる燃料および反応させる酸化剤またはそれらのいずれかが燃料電池に気密に接続された少なくとも１個のガス発生セル中で電気化学的に生成され、ガス燃料が酸化剤と反応して電力を発生する。
【００４６】
負荷のもとで同じ量の電荷が燃料電池とガス発生セルとを流れるように電気的に直列に接続された燃料電池とガス発生セルが、特に好ましい。
【００４７】
直列接続によって、消費機器の電力要求は、上記のようにガス発生セルにおけるガス発生に、またこのようにして燃料電池ユニットにおける電力の生産に連結される。本発明のこの方法は、特に、別個の制御システムをまったく必要とせずに、本発明のシステムの電力を作動中に動的にまた自動的に制御する簡単で洗練された方法によって、このように特徴づけられる。本発明のこの方法はまた、それゆえに制御方法とも考えられうる。
【００４８】
本発明によるシステムの電力は、基本的に反応させる燃料の電気化学的生成および酸化剤の電気化学的生成またはそれらのいずれかを経由して制御されうる。この場合では、燃料生成経由の制御が好ましい。
【００４９】
燃料として水素の使用が好ましい。
【００５０】
ガス発生セルとして、電気化学的に酸化可能なアノードを有する水素発生セルを使用するのが好ましい。このアノードは好ましくは金属アノード、特に亜鉛を元にするものが好ましい。さらに、使用が好ましい水素発生セルは、水素カソードおよび水性の、好ましくはアルカリ性の電解質を有する。
【００５１】
酸化剤として酸素を使用するのが好ましい。特に好ましいのは大気中の酸素の使用であるが、またガス発生セル中で電気化学的に酸素を発生させることも考えられる。
【００５２】
この場合、ＤＥ  ３５  ３２  ３３５に説明するように、酸素アノード、金属酸化物カソード（好ましくは二酸化マンガンおよび黒鉛を含む）および水性の、好ましくはアルカリ性の電解質を有する酸素発生セルを、ガス発生セルとして使用することができる。
【００５３】
本発明はまた、燃料電池の燃料源としてガス発生セルの使用も提供する。ガス発生セルの使用は、上記のように、貯蔵される比較的大量の燃料に対して、燃料電池で必要なときにだけ安全に放出することを可能にする。上述した消費機器による燃料電池の電力の簡易化された動的制御も同様に、本発明による使用により可能である。
【００５４】
本発明によるシステムにおいて、従来のアルカリマンガン電池の２倍以上となりうる非常に高いエネルギー密度が達成される。
【００５５】
本発明のさらなる特徴が、図面と、従属する請求項に関連する好ましい実施例の以下の説明とから得ることができる。ここに個々の特徴は、本発明の実施例において個々にあるいはそれらの複数の組み合わせによって、それぞれ理解することができる。説明した特定の実施例は、単に例示の目的と本発明のより良い理解のためであり、いかなる限定として解釈してはならない。以下の図面もまた本説明の一部であり、参照によりここに明示的に組み込まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
図１に示すガス発生セルは、容器１、蓋３およびシール６を含む筐体を有する。容器は活性物質として、亜鉛粉末、水酸化カリウムおよび増粘剤の入ったペースト２を含む。カソード４は蓋の中にある。カソードは水の還元のための触媒を含む。このセルは０．２５Ｖから０．３５Ｖの範囲の開回路電圧を有する。
【００５７】
電流がガス発生セルを通って流れるとき、容器１にある亜鉛が、酸化亜鉛に酸化される。水素ガスがカソード４の孔隙で生成され、ガス空間５に逃れ、開口７を通ってセルの外に流れることができる。
【００５８】
図２ａ（断面図）および図２ｂ（平面図）に示す本発明による燃料電池システムの実施例は、３個の燃料電池ユニット８、３個の（図１に示すように構成された）ガス発生セル９および部品を囲む気密の筐体の形をしたアダプタ１０を含む。アダプタは、電気的絶縁部１０ａと全体システムのマイナス電力導線としても機能する金属蓋１０ｂとを含む。ガス発生セルは、ここに示す例では燃料電池からシリコン膜１１により分離されている（図３参照）。燃料電池ユニットは、アノード側を筐体１０ａの絶縁部の内側の方に向けた状態で気密に取り付けられている。これらは、図８に示すように平面膜燃料電池である。アノード側に、組み込みの燃料微細分散を有する取り出し箔を有する。
【００５９】
３個の燃料電池ユニットおよび３個のガス発生セルは、電気的に直列に接続されている。これによって、より高い電位が得られる。燃料電池ユニットとガス発生セルとの間の電気的接続は、筐体１０ａの部分を気密に通過する接触部１３により行われる。消費機器は金属蓋１０ｂ（陰極）と接触部１４（陽極）とを経由して接続できる。
【００６０】
負荷のもとで直列に接続された３個のガス発生セルは水素を発生し、これは気密の筐体の内部空間に入る。この水素はシリコン膜を経由して燃料電池ユニットへと流れ、そこで酸素と反応する。
【００６１】
図３は上記の簡単なシリコン膜１１を示し、これはスリット１２を備え、弁として機能する。
【００６２】
図４は、消費機器に対する本発明によるシステムの実施例の簡単な電気的接続を概略的に示す。３個の燃料電池ユニット８が、３個のガス発生セル９と直列に接続されている（図１に示す構成で）。ガス発生セルは、それぞれ０．２５Ｖから０．３５Ｖの範囲の開回路電圧を有する。電気消費機器Ｖが接続された場合、比較的小さい電流が、最初に燃料電池ユニットに並列に接続されたダイオード２４経由で流れる。この電流が流れると、Ｈ2Ｏ＋Ｚｎ→Ｈ2＋ＺｎＯの反応方程式に従って、水素の発生がガス発生セルで開始する。短時間の後、アダプタ中の水素圧力が増加し、水素が膜１１を経由して燃料電池ユニット８のアノード側に流れる。反応方程式Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏに従って、水素の燃焼が燃料電池ユニットで開始する。この燃料電池ユニットおよびガス発生セルにおいて起こるそれぞれの反応は、最終的な反応方程式Ｚｎ＋Ｈ2Ｏ→ＺｎＯ＋Ｈ2によってまとめることができる。
【００６３】
図５は、図４に示すように接続されたシステムにおける、消費機器のスイッチが入った後の測定電流対時間曲線を概略的に示す。このグラフは短い遅延の後、測定燃料電池電流の鋭い増加と、同時にそれに伴ってダイオードを通る電流の減少とを示す。
【００６４】
図６は、消費機器がスイッチオンされた後の本発明によるシステムの電位対時間曲線を示す。このグラフは短い遅延の後、電位の急速な増加を示す。
【００６５】
図７は、円形の基板上の４個の燃料電池８についての１つの可能な配置を示す。
【００６６】
図８は、燃料電池ユニットに適した膜燃料電池の断面図を示す。多孔性カソード側電力取り出し箔１７と、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）１６と、および組み込みの水素微細分散付きアノード側電力取り出し箔１８とを含む膜燃料電池は、２枚のプレート２０と２３との間に挟まれている。下側のプレート２３は、ガス発生セルからの流入口２１からそれぞれの燃料電池のそれぞれの流入口（個々の流入口１９）へ、水素ガスを分配する役割を持つ。上側のプレート２０は、格子状あるいはスリットのある開口を含み、それを通って大気中の酸素が入る、あるいは反応における水が運び去られる。この複合体は、クランプあるいは縁材２２で一緒に周辺部で押圧されている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、燃料供給ユニットとして適当なガス発生セルの断面図を示す。
【図２ａ】図２ａは、本発明による複数の燃料電池ユニットと複数の燃料供給ユニットとを有するシステムの好ましい実施例の断面図を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに図示した複数の燃料電池ユニットが使用されているシステムの筐体の平面上側を示す。
【図３】図３は、ガス発生セルから燃料電池ユニットへの燃料供給を制御するのに適した簡単な、スリットの入った膜の形状の弁を示す。
【図４】図４は、本発明によるシステムの（図２ａあるいは図２ｂに示すように構成した）実施例の、消費機器への簡単な電気的接続を示す。
【図５】図５は、図４に示すように接続した本発明によるシステムの実施例における、消費機器のスイッチを入れた後の電流対時間曲線を概略的に示す。
【図６】図６は、図４に示すように接続した本発明によるシステムの実施例における、消費機器のスイッチを入れた後の電圧対時間曲線を示す。
【図７】図７は、円形の基板上の４個の燃料電池の配置を示す。
【図８】図８は、燃料電池ユニットとして適切なガス拡散を伴う膜燃料電池の概略構造の断面図を示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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