(57)【要約】【課題】  固体燃料を継続的に供給することで、継続的な発電が可能な固体燃料補給型燃料電池を提供することにある。【解決手段】  箱状で、第１の壁面の略全面を構成する面状の燃料極と、第１の壁面に対向する第２の壁面側の内側に設けられ第２の壁面を略覆う面状の酸素極と、燃料極と酸素極との間に位置し燃料極と酸素極とに接する電解質体とを有するチャンバーと、固体燃料の固体燃料供給手段とを備え、燃料極及び酸素極の材質が、炭素系物質で、２つのチャンバーが、第１の壁面を向かい合わせて配置され、２つのチャンバーの間に、固体燃料供給手段から供給された固体燃料が燃料極に当接するように供給されることを特徴とする。【選択図】図１
2016152150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム燃料電池であって、固体燃料を補給可能で、継続的に発電可能な固体燃料補給型燃料電池において、
箱状で、第１の壁面の略全面を構成する面状の燃料極と、該第１の壁面に対向する第２の壁面側の内側に設けられ該第２の壁面を略覆う面状の酸素極と、該燃料極と該酸素極との間に位置し該燃料極と該酸素極とに接する電解質体とを有するチャンバーと、
該固体燃料の固体燃料供給手段とを備え、
該燃料極及び該酸素極の材質が、炭素系物質で、
２つの該チャンバーが、該第１の壁面を向かい合わせて配置され、該２つのチャンバーの間に、該固体燃料供給手段から供給された該固体燃料が該燃料極に当接するように供給されることを特徴とする固体燃料補給型燃料電池。
【請求項２】
前記燃料極が、前記固体燃料に接触するための付勢手段を有することを特徴とする請求項１記載の固体燃料補給型燃料電池。
【請求項３】
前記電解質体が、イオン交換膜又は電解液に浸した不織布の両面にそれぞれ炭素系素材膜を配した複数の電解質体セルを、非導電性膜を間に挟みつつ前記燃料極と前記酸素極との方向に集積したもので、
該電解質体セルの該燃料極側の該炭素系素材膜と該燃料極とを配線し、該電解質体セルの該酸素極側の該炭素系素材膜と該酸素極とを配線したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体燃料補給型燃料電池。
【請求項４】
前記固体燃料が、マグネシウム薄板で、
前記固体燃料供給手段が、該マグネシウム薄板を、前記２つのチャンバーの間を移動させつつ供給することを特徴とする請求項１〜請求項３記載の固体燃料補給型燃料電池。
【請求項５】
前記固体燃料が、液体が漏れないと共にイオンが通過できる材質で作成されたカートリッジ容器に、マグネシウム粉砕粒子又は水素化ホウ素ナトリウム微粒子及び水を納めたカートリッジで、
前記固体燃料供給手段が、前記２つのチャンバーの間に、該カートリッジ体を着脱自在に設けることを可能とする手段であることを特徴とする請求項１〜請求項３記載の固体燃料補給型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものであり、特に、固体燃料を補給可能な固体燃料補給型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マグネシウム金属を電極に使用したマグネシウム燃料電池が提案されている。例えば、特許文献１に示されるマグネシウム燃料電池は、マグネシウム合金からなる負極材と、負極材からマグネシウムイオンを溶出させる電解液とを備えている。
【０００３】
この従来のマグネシウム燃料電池は、電極に直接マグネシウム合金を使用しており、電極自体を消費する使い捨て乾電池型の燃料電池である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３４７９９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、従来の電極に直接マグネシウムを使用する使い捨て乾電池型の燃料電池では、電極自体を消費することから、電極が消費しきれば電気を生み出すことができず、結果として継続的に発電を行うことは困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、固体燃料を継続的に供給することで、継続的な発電が可能な固体燃料補給型燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の固体燃料補給型燃料電池は、箱状で、第１の壁面の略全面を構成する面状の燃料極と、第１の壁面に対向する第２の壁面側の内側に設けられ第２の壁面を略覆う面状の酸素極と、燃料極と酸素極との間に位置し燃料極と酸素極とに接する電解質体とを有するチャンバーと、固体燃料の固体燃料供給手段とを備え、燃料極及び酸素極の材質が、炭素系物質で、２つのチャンバーが、第１の壁面を向かい合わせて配置され、２つのチャンバーの間に、固体燃料供給手段から供給された固体燃料が燃料極に当接するように供給されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の固体燃料補給型燃料電池は、燃料極が、固体燃料に接触するための付勢手段を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の固体燃料補給型燃料電池は、電解質体が、イオン交換膜又は電解液に浸した不織布の両面にそれぞれ炭素系素材膜を配した複数の電解質体セルを、非導電性膜を間に挟みつつ燃料極と酸素極との方向に集積したもので、電解質体セルの燃料極側の炭素系素材膜と燃料極とを配線し、電解質体セルの酸素極側の炭素系素材膜と酸素極とを配線したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の固体燃料補給型燃料電池は、固体燃料が、マグネシウム薄板で、固体燃料供給手段が、マグネシウム薄板を、２つのチャンバーの間を移動させつつ供給することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の固体燃料補給型燃料電池は、固体燃料が、液体が漏れないと共にイオンが通過できる材質で作成されたカートリッジ容器に、マグネシウム粉砕粒子又は水素化ホウ素ナトリウム微粒子及び水を納めたカートリッジで、固体燃料供給手段が、２つのチャンバーの間に、カートリッジを着脱自在に設けることを可能とする手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願の発明によれば、固体燃料を継続的に供給することができるので、継続的な発電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る固体燃料補給型燃料電池の第１の実施例を示す斜視図である。
【図２】第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池のカートリッジの斜視図である。
【図３】第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池のチャンバーの平面説明図である。
【図４】第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池のチャンバー内の説明図である。
【図５】第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池の電解質体セルの説明図である。
【図６】第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池の燃料極の説明図である。
【図７】第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池の酸素極の説明図である。
【図８】本発明に係る固体燃料補給型燃料電池の第２の実施例を示す斜視図である。
【図９】第２の実施例の固体燃料補給型燃料電池のカートリッジの断面説明図である。
【図１０】第２の実施例の固体燃料補給型燃料電池のチャンバーの平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施の形態における固体燃料補給型燃料電池は、マグネシウム又はマグネシウム系の固体燃料を使用して発電を行うマグネシウム燃料電池である。また、この固体燃料補給型燃料電池は、固体燃料を補給可能なものであり、補給方法を含む詳細について、以下、実施例を説明する。
【実施例１】
【００１５】
実施例１を、図１〜図７を用いて説明する。図１は、本発明に係る固体燃料補給型燃料電池の第１の実施例を示す斜視図である。図２は、第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池のカートリッジの斜視図である。図３は、第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池のチャンバーの平面説明図である。図４は、第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池のチャンバー内の説明図である。図５は、第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池の電解質体セルの説明図である。図６は、第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池の燃料極の説明図である。図７は、第１の実施例の固体燃料補給型燃料電池の酸素極の説明図である。
【００１６】
図１〜図７に示す固体燃料補給型燃料電池１は、２つのチャンバー２０，６０、固体燃料供給手段であるカートリッジ１８及び回転ロールシャフト１６等から構成されている。２つのチャンバー２０，６０は、基台１０上に、互いに同じ面を向かい合わせにして所定の間隔の隙間Ａを有して設置されている。また、チャンバー２０，６０の片方の脇には、略筒状のカートリッジ１８が起立し、反対側の脇には、回転ロールシャフト１６が起立している。また、基台１０の脇には、この固体燃料補給型燃料電池１の電気の出力端子である端子１２，１４が設けられている。
【００１７】
カートリッジ１８は、内部に固体燃料でありマグネシウム薄板であるマグネシウムシート１８ａが筒状に巻かれた状態で納められており、図２に示すように、カートリッジ１８に設けられた口から、マグネシウムシート１８ａが、引き出される形状となっている。そして、カートリッジ１８から引き出されたマグネシウムシート１８ａは、チャンバー２０，６０の隙間Ａを抜けて、回転ロールシャフト１６に巻き取られることによって、徐々に隙間Ａを移動するように配置される。尚、回転ロールシャフト１６は、基台１０の中に設けられたモータ（例えばステッピングモータ）によって、回転される。このように、カートリッジ１８及び回転ロールシャフト１６とで、固体燃料であるマグネシウムシート１８ａを供給する固体燃料供給手段が構成されている。
【００１８】
チャンバー２０，６０は、箱状で、第１の壁面の略全面を構成する面状の燃料極３０，７０（負極）と、第１の壁面に対向する第２の壁面側の内側に設けられ第２の壁面を略覆う面状の酸素極４０，８０（正極）と、燃料極３０，７０と酸素極４０，８０との間に位置し燃料極３０，７０と酸素極４０，８０とに接する電解質体５０，９０とを有している。そして、図３及び図４に示すように、２つのチャンバー２０，６０は、第１の壁面（燃料極３０，７０で構成されている壁面）を向かい合わせて配置されている。
【００１９】
燃料極３０，７０は、後述するように炭素系物質で形成させることになるが、具体的構造については、図６を用いて説明する。図６に示すように、燃料極３０，７０は、銅板３２，７２を基本構造体として、チャンバー２０，６０の第１の壁面を形成する板状になっている。銅板３２，７２は、縦方向に伸びて長方形に穿設された切り欠き３２ｂ，７２ｂと、上辺付近に横方向に並んで穿設された配線用穴３２ａ（配線については後述）とを有している。
【００２０】
そして、銅板３２，７２の電解質体５０，９０に接触する面には、まずイオン交換膜３６，７６が貼付され、そのイオン交換膜３６，７６の上面に炭素系物質であり炭素系素材膜である活性炭膜３８，７８が貼付されている。また、銅板３２，７２の隙間Ａ側の面には、炭素系物質で作られた縦方向に伸びる長方形の板状のフィンで、銅板３２，７２から片方の端部が浮き上がった板バネ３４，７４が複数設けられている。この板バネ３４，７４が、燃料極３０，７０が、固体燃料であるマグネシウムシート１８ａに接触するための付勢手段となる。
【００２１】
尚、固体燃料を供給する燃料極３０，７０は、酸素極４０，８０と同様、炭素系物質たとえば炭素カーボン系もしくは活性炭系が良効で、燃料極３０，７０にカーボン６０（Ｃ６０フラーレン）を使用すれば、触媒反応が促進する燃料極として高い効果を出すことができる。また、燃料極３０，７０として、銅等の導電性の高い素材の選択も可能ではある。尚、燃料極３０，７０は、固体燃料供給電極ではあるが、酸化腐食の激しいマグネシウムの材質の電極では、継続的な発電が行えなくなるため、燃料極３０，７０自体をマグネシウムで構成しないようにしている。仮に、燃料極３０，７０にマグネシウム材質の電極を使用すると、マグネシウム電池となり、固体燃料を投入しなくても発電する可能性があるが、発電性能を劣化させまた、持続的な発電の妨げになる。
【００２２】
酸素極４０，８０は、上述したように炭素系物質で形成させることになるが、具体的構造については、図７を用いて説明する。図７に示すように、酸素極４０，８０は、銅板４２，８２を基本構造体として、チャンバー２０，６０の第２の壁面の内側に設けられる板状になってる。
【００２３】
そして、銅板４２，８２の電解質体５０，９０に接触する面には、まずイオン交換膜４６，８６が貼付され、そのイオン交換膜４６，８６の上面に炭素系物質である活性炭膜４８，８８が貼付されている。また、銅板４２，８２の判定の面には、炭素系物質である活性炭膜４４，８４が貼付されている。
【００２４】
電解質体５０，９０は、図３及び図４に示すように、図５に示す電解質体セル５２，９２を、非導電性膜である非導電性紙５０ｃ，９０ｃを間に挟みつつ燃料極３０，７０と酸素極４０，８０との方向に集積したものである。電解質体セル５２，９２は、不織布５４，９４の両面に炭素系物質である活性炭膜５６，９６及び活性炭膜５８，９８を貼付したものである。そして、不織布５４，９４だけが、下方に伸びている。尚、電解質体セル５２，９２を集積する数は任意であり、また、不織布５４，９４等の厚みを調整したりすることで、単位あたりに集積する数を増やすなど、その構成は任意である。
【００２５】
電解質体セル５２，９２が集積された電解質体５０，９０の下には、電解液２４が注がれた電解液皿２２が設けられ、不織布５４，９４の下端が電解液皿２２の電解液２４に浸ることにより、電解液２４が不織布５４，９４全体を濡らすことになる。電解液２４としては、塩化ナトリウム（水酸化ナトリウム．炭酸水素ナトリウム．過炭酸ナトリウム）水溶液等を用いる。尚、図３〜図５に示す例では、不織布５４，９４を用いて、その不織布５４，９４を電解液２４で濡らす構成を示しているが、不織布５４，９４及び電解液２４を用いず、不織布５４，９４の代わりにイオン交換膜のみを用いることも可能である。
【００２６】
尚、図４に示すように、それぞれの電解質体セル５２，９２の燃料極３０，７０側の活性炭膜５８，９８と燃料極３０，７０とを配線し（配線５０ａ，９０ａ）、電解質体セル５２，９２の酸素極４０，８０側の活性炭膜５６，９６と酸素極４０，８０とを配線している（配線５０ｂ，９０ｂ）。
【００２７】
このような構成の固体燃料補給型燃料電池１によれば、マグネシウムシート１８ａが、チャンバー２０，６０の隙間Ａを、燃料極３０，７０に接触しながら移動し、イオン交換の化学反応（Ｍｇ＋Ｏ２→ＭｇＯ２−２ｅ）でマグネシウムを消費し酸化還元発電をする。酸化還元化学反応では、水素（Ｈ２＋２ｅ）の発生と同時に、固形残留物の酸化マグネシウムが残る。
【００２８】
固体燃料補給型燃料電池１によれば、固体燃料を継続的に供給することができるので、継続的な発電が可能である。
【実施例２】
【００２９】
実施例２を、図８〜図１０を用いて説明する。図８は、本発明に係る固体燃料補給型燃料電池の第２の実施例を示す斜視図である。図９は、第２の実施例の固体燃料補給型燃料電池のカートリッジの断面説明図である。図１０は、第２の実施例の固体燃料補給型燃料電池のチャンバーの平面説明図である。
【００３０】
図８〜図１０に示す固体燃料補給型燃料電池２は、実施例１のようなマグネシウムシート１８ａを固体燃料に用いるものではなく、カートリッジ容器に収納された固体燃料を用いるものである。固体燃料補給型燃料電池２は、２つのチャンバー１００ａ，１００ｂからなるチャンバー１００と、固体燃料供給手段であるカートリッジ１０８から構成されている。チャンバー１００の上面中央には、カートリッジ１０８の挿入するカートリッジ投入口１０６が穿設されている。また、チャンバー１００の脇には、この固体燃料補給型燃料電池２の電気の出力端子である端子１０２，１０４が設けられている。
【００３１】
チャンバー１００の構成は、実施例１のチャンバー２０，６０と近似しており、チャンバー１００ａがチャンバー２０に、チャンバー１００ｂがチャンバー６０に相当する。そして、２つのチャンバー１００ａ，１００ｂは、互いに同じ面を向かい合わせにして所定の間隔の隙間Ｂを有してチャンバー１００を形成しており、チャンバー２０，６０の隙間Ａが、隙間Ｂに相当する。
【００３２】
チャンバー１００ａ，１００ｂは、箱状で、第１の壁面の略全面を構成する面状の燃料極３０，７０（負極）と、第１の壁面に対向する第２の壁面側の内側に設けられ第２の壁面を略覆う面状の酸素極４０，８０（正極）と、燃料極３０，７０と酸素極４０，８０との間に位置し燃料極３０，７０と酸素極４０，８０とに接する電解質体１１０，１２０とを有している。そして、図１０に示すように、２つのチャンバー１００ａ，１００ｂは、第１の壁面（燃料極３０，７０で構成されている壁面）を向かい合わせて配置されている。尚、燃料極３０，７０、酸素極４０，８０は、実施例１と同様なので、説明を省略する。また、電解質体１１０，１２０及び電解質体セル１１２，１２２も、電解質体５０，９０及び電解質体セル５２，９２と同様なので、説明を省略する。
【００３３】
カートリッジ１０８は、液体が漏れないと共にイオンが通過できる材質で作成されたカートリッジ容器に、固体燃料１０８ａであるマグネシウム粉砕粒子又は水素化ホウ素ナトリウム微粒子及び水１０８ｂを納めたもので、２つのチャンバー１００ａ，１００ｂの間に、カートリッジ１０８を着脱自在に設けることで、固体燃料供給手段が形成されている。
【００３４】
カートリッジ１０８は、材質は液体が漏れない材質のものであるのと同時にイオンが通過できるカーボン系材質材や多孔性金属板等である。尚、チャンバー１００のカートリッジ投入口１０６に、カートリッジ１０８を挿入すると、下記のようなイオン交換の化学反応の酸化還元で発電をする。
マグネシウム粉砕粒子の場合  ＭｇＨ２+２Ｈ２Ｏ→（ＭｇＯ２−２ｅ）＋（２Ｈ＋２ｅ）
水素化ホウ素ナトリウム微粒子の場合  ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→（ＮａＢＯ２−２ｅ）＋（２Ｈ＋２ｅ）
【００３５】
尚、酸化還元化学反応の促進するためには、カートリッジ１０８の内部で遠心分離等の固体燃料１０８ａと水１０８ｂとを攪拌するのが望ましく、カートリッジ１０８の下部に超音波素子を設置して、内容物を攪拌させることで酸化還元の化学反応を促進させるようにすればよい。
【００３６】
このような構成の固体燃料補給型燃料電池２によれば、実施例１の場合と同様に、固体燃料を継続的に供給することができるので、継続的な発電が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、固体燃料を継続的に供給することで、継続的な発電が可能な固体燃料補給型燃料電池を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・・・・固体燃料補給型燃料電池
２・・・・・・固体燃料補給型燃料電池
１０・・・・・基台
１２・・・・・端子
１４・・・・・端子
１６・・・・・回転ロールシャフト
１８・・・・・カートリッジ
１８ａ・・・・マグネシウムシート
２０・・・・・チャンバー
２２・・・・・電解液皿
２４・・・・・電解液
３０・・・・・燃料極
３２・・・・・銅板
３２ａ・・・・配線用穴
３２ｂ・・・・切り欠き
３４・・・・・板バネ
３６・・・・・イオン交換膜
３８・・・・・活性炭膜
４０・・・・・酸素極
４２・・・・・銅板
４４・・・・・活性炭膜
４６・・・・・イオン交換膜
４８・・・・・活性炭膜
５０・・・・・電解質体
５０ａ・・・・配線
５０ｂ・・・・配線
５０ｃ・・・・非導電性紙
５２・・・・・電解質体セル
５４・・・・・不織布
５６・・・・・活性炭膜
５８・・・・・活性炭膜
６０・・・・・チャンバー
７０・・・・・燃料極
７２・・・・・銅板
７２ａ・・・・配線用穴
７２ｂ・・・・切り欠き
７４・・・・・板バネ
７６・・・・・イオン交換膜
７８・・・・・活性炭膜
８０・・・・・酸素極
８２・・・・・銅板
８４・・・・・活性炭膜
８６・・・・・イオン交換膜
８８・・・・・活性炭膜
９０・・・・・電解質体
９０ａ・・・・配線
９０ｂ・・・・配線
９０ｃ・・・・非導電性紙
９２・・・・・電解質体セル
９４・・・・・不織布
９６・・・・・活性炭膜
９８・・・・・活性炭膜
１００・・・・チャンバー
１００ａ・・・チャンバー
１００ｂ・・・チャンバー
１０２・・・・端子
１０４・・・・端子
１０６・・・・カートリッジ投入口
１０８・・・・カートリッジ
１０８ａ・・・固体燃料
１０８ｂ・・・水
１１０・・・・電解質体
１１２・・・・電解質体セル
１２０・・・・電解質体
１２２・・・・電解質体セル
【図１】
2016152150.tif 000003
【図２】
2016152150.tif 000004
【図３】
2016152150.tif 000005
【図４】
2016152150.tif 000006
【図５】
2016152150.tif 000007
【図６】
2016152150.tif 000008
【図７】
2016152150.tif 000009
【図８】
2016152150.tif 000010
【図９】
2016152150.tif 000011
【図１０】
2016152150.tif 000012