(57)【要約】【課題】比較的入手容易で安価な物質により繰り返し使用できる電池を提供する。【解決手段】本発明に係る充電式燃料電池は、互いに対向するように設けられる陽電極板１及び陰電極板２と、陽電極板１と陰電極板２との間の空間を囲繞するように設けられる非通電性の容器３と、容器３に囲繞される空間内に設けられるナノホールを有する通電性物質４と、通電性物質４に保有される水分と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するように設けられる陽電極板及び陰電極板と、
該陽電極板と陰電極板との間の空間を囲繞するように設けられる非通電性の容器と、
該容器に囲繞される空間内に設けられるナノホールを有する通電性物質と、
該通電性物質に保有される水分と、
を備えていることを特徴とする充電式燃料電池。
【請求項２】
前記ナノホールを有する通電性物質は、竹炭を粉体化した後に糊で粘土成形した物質であることを特徴とする請求項１に記載の充電式燃料電池。
【請求項３】
前記陽電極板は銅板により形成され、前記陰電極板はアルミニウム板により形成され、前記非通電性の容器はシリコンボンドにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の充電式燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電時と逆方向に電流を流すことにより電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄積することが可能な充電式燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来使用されている電池としては、多種多様なものがあるが、製品寿命（充電回数と耐久年数）に関係なく繰り返し使用できる電池の開発が急務となっている。
【０００３】
また、近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池が注目されており、この燃料電池は、アノードに燃料タンクから高圧の燃料ガスを供給すると共に、カソードに酸化ガスとしての空気を加圧供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させるものである（例えば、特許文献１又は２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５０７４９号公報
【特許文献２】特開２００８−１５９４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の燃料電池は、水素タンクやアルコール若しくはガスから水素を取り出して大気中の酸素と反応させて電気を発電しており、水素タンクの圧力の安全性等に問題があるため、用途が小規模なものに限定されるといった問題がある。
【０００６】
また、電気分解をする場合に必要な水分補充などの保守作業が必要となるといった問題や、電気分解時にイオン反応や電圧により電極板に腐食が発生するといった問題や、通電成分を含まない純水の場合には、電極を極めて接近させないと電気分解は行えないといった問題がある。
【０００７】
さらに、上記した従来の燃料電池では、タンクに保存された酸素又は大気中の酸素とタンクに保存された水素とを必要に応じて陽電極板と陰電極板の両電極板に当てて水に戻し、その時に発生する電力を利用しており、その保存方法の安全性に問題がある。また、タンクは高圧に耐える容器でなくてはならないため、高価となり一般的に普及が難しいといった問題や、タンクが衝撃により破損した場合は爆発の危険性もあり、実用化が難しいといった問題もある。
【０００８】
さらにまた、上記した従来の燃料電池では、電極板に酸素と水素を当てて発電をしており、必要発電量に応じて気体から水に戻るが、電極板に対応させた必要量の気体の制御が必要となり、このことも普及の障害となっている。
【０００９】
そこで、本発明は、安価に入手可能な物質を使用した簡単な構成により、上記した課題を解決することのできる充電式燃料電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本発明に係る充電式燃料電池は、互いに対向するように設けられる陽電極板及び陰電極板と、該陽電極板と陰電極板との間の空間を囲繞するように設けられる非通電性の容器と、該容器に囲繞される空間内に設けられるナノホールを有する通電性物質と、該通電性物質に保有される水分と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る充電式燃料電池において、前記ナノホールを有する通電性物質は、竹炭を粉体化した後に糊で粘土成形した物質であるのが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る充電式燃料電池において、前記陽電極板は銅板により形成され、前記陰電極板はアルミニウム板により形成され、前記非通電性の容器はシリコンボンドにより形成されていても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、比較的入手容易で安価な物質により繰り返し使用できる電池を提供することができる等、種々の優れた効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る充電式燃料電池を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る充電式燃料電池について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係る充電式燃料電池は、互いに対向するように設けられる陽電極板１及び陰電極板２と、陽電極板１と陰電極板２との間の空間を囲繞するように設けられる非通電性の容器３と、容器３に囲繞される空間内に設けられるナノホールを有する通電性物質４と、ナノホールを有する通電性物質４に保有される水分と、を備えて構成されている。
【００１７】
陽電極板１及び陰電極板２の材質については、通電性を有していれば特に指定する必要がないが、イオン化傾向差を利用することによって帯電分布が起こりやすく、気体から電気を作りやすいように工夫されていることが好ましく、例えば、陽電極板１がイオン化傾向の低い銅板により形成され、陰電極板２がイオン化傾向の高いアルミニウム板により形成されていても良い。
【００１８】
非通電性の容器３は、例えば、シリコンボンドにより形成されている。
【００１９】
ナノホールを有する通電性物質４は、好ましくは、竹炭を粉体化した後に糊で粘土成形した物質のように、比較的入手容易で安価なナノホールを多数有する物質であることが好ましく、他の好適な物質としては、例えば、ナノセラミック等であっても良い。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る充電式燃料電池の大きさや形状は自由に決定することできるが、電極板１，２の設置面積が電圧に関係し、容器３により囲繞される空間（蓄電層）の容量が電流に関係するため、用途に合わせた形状や多層形式で作成することが好ましい。
【００２１】
上記した構成を備えた充電式燃料電池において、陽電極板１と陰電極板２に電圧を印加して充電すると、ナノホール単位に帯電が発生し、ナノホール内部の水分が電気分解されて水素と酸素が発生し、この水素と酸素は通電性物質４のナノホールに蓄積される。そして、発電時には、通電性物質４のナノホールに蓄積された水素と酸素が反応して水が生成される。
【００２２】
このように本発明の実施の形態に係る充電式燃料電池によれば、充電により電気分解した水素と酸素を利用して発電をすることができ、繰り返し使用することができる。すなわち、充電電圧は従来の様なイオン反応等を利用しないため、高電圧で短時間での充電が可能となる。また、充電で電気分解された気体は内部に組み込まれた微小（ナノ）ホールに蓄積されるため、繰り返し利用することができる。さらに、密閉された構造内の水分を分解し、微小（ナノ）ホールに蓄積し、発電時に水に戻し、再び、水分として保有しているため、電気分解に必要な水分補充などの保守作業の必要がない。
【００２３】
また、微小化した竹炭を粉体化した後に糊で粘土成形した物質のようにナノホールを多数有する物質を、陽電極板１と陰電極板２との間に設けることにより、通電成分を含まない純水を使用する場合であっても、電極板１，２同士を極めて接近させたのと同様の効果を得ることができる。すなわち、ナノホールを有する通電性物質４を使用することにより、通電性物質４はホール内で陰極と陽極の両極の帯電をするため、通電が困難な純水に対しても電気分解が可能となる。
【００２４】
また、微小化した竹炭のナノホール内の水分を電気分解して、同じナノホールに保存し、竹炭のナノホールが容器の役目をするので、微小単位で酸素と水素が保存され、安全に保管することができる。その際、内部の圧力は上昇するが、ナノホール部分が受け止めることで均一な発電を行うことができる。
【００２５】
また、微小化された竹炭のナノホール内が陰極と陽極に帯電することにより、電気分解で発生した酸素と水素が同じナノホールに保存され、陰極と陽極に帯電した個所から再び発電を行うことができるため、発電に必要な気体の制御をする必要がない。
【００２６】
また、ナノホールに対して対極的に陰側と陽側に内部で分散帯電することにより、均一に陰と陽極が分離されるため、特に電極板を設ける必要もない。また、放電する場合は、充電時に分散された帯電極から発電されるため、電池を作成する時に極性を考慮する必要がない。
【００２７】
また、本発明の充電式燃料電池は、単純な電気分解法のため、急速充電が可能になるばかりか、電気分解に反応する水分が無い場合は電気分解が起こらないので、過充電にはなることもない。
【００２８】
また、電子や電子イオン反応等の蓄電方法とは異なり、気体として保存するので、従来の電池の様な蓄電時に磁極を発生しないため、磁性体極や材料を使用する必要がなく、利用箇所に制限がなく用途の拡大化を図ることができる。
【００２９】
なお、ナノホールを有する通電性物質４に保有される水分量が少ないと十分な能力が発揮されないばかりか、発熱や燃焼の危険性があり、水分量が多いと充電後通電作用で内部放電が発生し、能力が十分発揮できない虞があるが、水分量を最適化することで、ホール単位の極小の単位での電気分解と燃料電池の作用が行えるため、放電を防ぐことが可能となる。すなわち、通電性物質３のナノホールに十分な量の水分を含ませて充電を行うことにより、全てのナノホールに気体が充満され、余分な水分が外部に排泄されるため、その後に、通電性物質３を容器３内に格納することにより、余分な水分による放電や水分不足による能力以下の充電容量障害を回避することができる。
【００３０】
また、充電時の電圧は出力電圧には関係なく高圧で充電することができるが、本発明の性格上、使用している通電性物質３のナノホールの大きさで電気放電を起こさない程度までの電圧で充電が可能になり、高圧である程、電気分解が促進され、短時間で充電完了することができる。
【００３１】
なお、本発明の充電式燃料電池を回路上で使用しながら規定電圧以上の高速充電を行う場合には、回路への過大電流の流入を考慮し、本発明の実施の形態に係る充電式燃料電池を複数個使用し、回路へ使用する部分と充電中を行う部分とを切り離し、充電完了時には切替えも自動で行うことが望ましい。
【００３２】
また、急速充電直後の電圧は安定な基準電圧に差異がある（高めの電圧になる）ため、ＤＣ−ＤＣコンバーター回路を設けることで安定的な電圧で供給することが必要となる。
【実施例】
【００３３】
陽電極板１として、直径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅板を使用し、陰電極板２として、直径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板を使用し、非通電性の容器３として、シリコンボンド製の容器を使用し、ナノホールを有する通電性物質４として、竹炭を粉体化した後に糊で粘土成形した直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの物質を使用して、以下の３つのケースについて検証実験を行った。
【００３４】
すなわち、炭を粉体化した後に糊で粘土成形した直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの通電性物質４について、ケース１では、できる限り水分を保有しない状態（例えば、水分量が２０マイクロリットル）で形成したものを使用し、ケース２では、適量と思われる水分量を保有した状態（例えば、水分量が１８０マイクロリットル）で形成したものを使用し、ケース３では、明らかに多い水分量が入れられた状態（例えば、水分量が４００マイクロリットル）で形成したものを使用した。そして、それぞれのケース１〜３について、先ず、陽電極板１と陰電極板２との間の抵抗値を測定した上で、充電器を使用して両電極板１，２間に１４Ｖ、１２Ａの１０分間充電を行った後、前記充電器を外して時間経過と共に電圧の測定を行い、表１に示す結果を得た。
【００３５】
【表１】
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なお、ケース１では、充電開始時に発熱したため、充電を中止し、電圧測定を行わなかった。また、ケース２及びケース３では、充電中に発熱がなく、温度変化もなかった。上記検証実験におけるケース２の電圧測定結果から、本実施例の場合の電池は、１．５Ｖで使用することが最適であることが分かる。
【符号の説明】
【００３６】
１          陽電極板
２          陰電極板
３          非通電性の容器
４          ナノホールを有する通電性物質
【図１】
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