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JP2004296348A - Fuel cell container and fuel cell - Google Patents

Fuel cell container and fuel cell Download PDF

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JP2004296348A
JP2004296348A JP2003089272A JP2003089272A JP2004296348A JP 2004296348 A JP2004296348 A JP 2004296348A JP 2003089272 A JP2003089272 A JP 2003089272A JP 2003089272 A JP2003089272 A JP 2003089272A JP 2004296348 A JP2004296348 A JP 2004296348A
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electrolyte member
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electrode
recess
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    • Y02E60/50—Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】携帯電子機器用の燃料電池として、電解質部材を収納可能な、小型で堅牢であり、かつ外部への放熱を抑えることが可能で、ガスの均等供給・容器内の温度勾配の均一化・高効率な電気接続・高効率な発電が可能な信頼性のある燃料電池用容器および燃料電池を提供すること。
【解決手段】第１および第２電極４・５を有する電解質部材３を収容する凹部を有する基体６と、凹部の底面から外面にかけて形成された第１流体流路８と、凹部の底面から外面に導出された第１配線導体１０と、基体６の上面に取着される蓋体７と、蓋体７の下面から外面にかけて形成された第２流体流路９と、蓋体７の下面から外面に導出された第２配線導体１１と、基体６の凹部の下方の部位および蓋体７の凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に形成された断熱層１２とを具備している燃料電池用容器２およびこれを用いた燃料電池１である。
【選択図】 図１As a fuel cell for a portable electronic device, a small and robust fuel cell capable of housing an electrolyte member, capable of suppressing heat radiation to the outside, uniform supply of gas, and uniform temperature gradient in the container. -To provide a highly reliable fuel cell container and a fuel cell capable of highly efficient electrical connection and highly efficient power generation.
A base (6) having a recess for accommodating an electrolyte member (3) having first and second electrodes (4, 5), a first fluid flow path (8) formed from the bottom surface to the outer surface of the recess, and a lower surface to the outer surface of the recess. The first wiring conductor 10, the lid 7 attached to the upper surface of the base 6, the second fluid flow path 9 formed from the lower surface to the outer surface of the lid 7, and the lower surface of the lid 7 A fuel cell comprising: a second wiring conductor (11) led out to the outer surface; and a heat insulating layer (12) formed on at least one of a portion of the base (6) below the recess and a portion of the lid (7) above the recess. Container 2 and a fuel cell 1 using the same.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質部材を収容可能なセラミックスから成る小型で高信頼性の燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、これまでよりも低温で動作する小型燃料電池の開発が活発になされている。燃料電池には、これに用いる電解質の種類により、固体高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下、ＰＥＦＣと記す）やリン酸型燃料電池、あるいは固体電解質型燃料電池といったものが知られている。
【０００３】
中でもＰＥＦＣは、作動温度が８０〜１００℃程度という低温であり、
（１）出力密度が高く、小型化・軽量化が可能である、
（２）電解質が腐食性でなく、しかも作動温度が低いため、耐食性の面から電池構成材料の制約が少ないので、コスト低減が容易である、
（３）常温で起動できるため、起動時間が短い、
といった優れた特長を有している。このためＰＥＦＣは、以上のような特長を活かして、車両用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム等への適用ばかりでなく、携帯電話・ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）・ノートパソコン・デジタルカメラやビデオ等の出力が数Ｗ〜数十Ｗの携帯電子機器用の電源としての用途が考えられてきている。
【０００４】
ＰＥＦＣは、大別して、例えば、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極から成る燃料極（アノード）と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極から成る空気極（カソード）と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状の電解質部材（以下、電解質部材と記す）とを有して構成されている。ここで、燃料極には、改質部を介して抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、空気極には、大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給されることにより、電気化学反応により所定の電気エネルギーが生成（発電）され、負荷に対する駆動電源（電圧／電流）となる電気エネルギーが生成される。
【０００５】
具体的には、燃料極に水素ガス（Ｈ２）が供給されると、次の化学反応式（１）に示すように、上記触媒により電子（ｅ−）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、電解質部材を介して空気極側に通過するとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出されて負荷に供給される。
【０００６】
３Ｈ２ → ６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・（１）
一方、空気極に空気が供給されると、次の化学反応式（２）に示すように、上記触媒により負荷を経由した電子（ｅ−）と電解質部材を通過した水素イオン（Ｈ＋）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）とが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【０００７】
６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・（２）
このような一連の電気化学反応（式（１）および式（２））は、概ね８０〜１００℃の比較的低温の温度条件で進行し、電力以外の副生成物は基本的に水（Ｈ２Ｏ）のみとなる。
【０００８】
電解質部材を構成するイオン導電膜（交換膜）は、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合膜、フルオロカーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフト化したもの等が知られており、最近ではパーフルオロカーボンスルホン酸膜（例えばナフィオン：商品名、デュポン社製）等が用いられている。
【０００９】
図３に、従来の燃料電池（ＰＥＦＣ）の構成を断面図で示す。同図において、２１はＰＥＦＣ、２３は電解質部材、２４および２５は電解質部材を挟持するように電解質部材２３上に配置され、ガス拡散層および触媒層としての機能を有する一対の多孔質電極、すなわち燃料極および空気極であり、２６はガスセパレータ、２８は燃料流路、２９は空気流路である。
【００１０】
ガスセパレータ２６は、ガスセパレータ２６の外形を形成する積層部およびガス流入出枠と、燃料流路２８と空気流路２９とを分離するセパレータ部と、このセパレータ部を貫通するように設けられた、電解質部材２３の燃料極２４および空気極２５に対応するように配置された電極とから構成されている。電解質部材２３の燃料極２４・空気極２５が電気的に直列および／または並列に接続されるようにガスセパレータ２６を介して多数積層して電池の最小単位である燃料電池スタックとし、この燃料電池スタックを箱体に収納したものが一般的なＰＥＦＣ本体である。
【００１１】
ガスセパレータ２６に形成された燃料流路２８を通して燃料極２４には改質器から水蒸気を含む燃料ガス（水素に富むガス）が供給され、また、空気極２５には空気流路２９を通して大気中から酸化剤ガスとして空気が供給され、電解質部材２３での化学反応により発電される。
【００１２】
〔特許文献１〕
特開２００１−２６６９１０号公報
〔特許文献２〕
特表２００１−５０７５０１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような高電圧・高容量の電池として従来より提案され開発されている燃料電池２１は、スタック構造を有し構成要素が大面積化された大重量で大型の電池であり、小型電池としての燃料電池の利用は、従来はほとんど考えられていなかった。
【００１４】
すなわち、このような燃料電池２１における従来のガスセパレータ２６には、これを用いて電解質部材２３を積層した積層体において、電解質部材２３の側面が外部に露出していることによって、携帯時の落下等により損傷を受けやすく、燃料電池２１全体の機械的信頼性を確保し難いという問題点があった。
【００１５】
また、携帯電子機器に燃料電池２１を搭載するためには、従来の大型燃料電池用容器とは異なった、コンパクト性・簡便性・安全性に優れる燃料電池用容器が必要になる。すなわち、汎用の化学電池のようなポータブル電源として適用するためには、作動温度までの温度上昇を短時間化するために、また熱容量を小さくするために、燃料電池用容器を小型化・低背化する必要があるが、従来の燃料電池２１では熱容量の割合の大部分を占めるガスセパレータ２６は、特にカーボン板の表面に切削加工で流路形成されるガスセパレータ２６の場合など、薄肉化すると脆くなるため、数ｍｍの厚みが必要である。このため、小型化・低背化が困難であるという問題点もあった。
【００１６】
また、電解質部材２３において、一連の電気化学反応により発電が行なわれると、電解質部材２３が高温となり、それに伴って高温になった燃料電池２１が皮膚等に触れた場合に、やけど等を発生させたりして実用上不具合を生じてしまうという問題点があった。
【００１７】
さらに、外部への放熱を抑えることが困難である構造であるために、電解質部材２３の温度分布のばらつきが発生しやすく、例えば燃料電池２１における燃料極２４と空気極２５との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができず、燃料極２４・空気極２５に発電むらを発生させてしまうという問題点もあった。
【００１８】
さらにまた、燃料電池２１の端部に近い燃料極２４・空気極２５と中心部に位置する燃料極２４・空気極２５との間で温度差が生じてしまい、端部に位置する燃料極２４・空気極２５は、その温度が中心部に位置する燃料極２４・空気極２５の温度に対して相対的に低くなり、加湿過多となりやすく中心部の燃料極２４・空気極２５に比べて発電等の効率が悪くなるという問題点もあった。
【００１９】
また、燃料電池２１の出力電圧は、電解質部材２３の表裏面の燃料極２４・空気極２５に供給されるガスの分圧によって決まる。すなわち、電解質部材２３に供給された燃料ガスがガス流路２８を進んで発電反応において消費されると、燃料極２４の面上の燃料ガスの分圧が下がって出力電圧が下がる。これと同様に、空気も空気流路２９を進んで消費されると、空気極２５の面上の酸素の分圧が下がって出力電圧が下がる。従って、燃料ガスを均等に供給する必要があるが、従来の燃料電池２１のガスセパレータ２６は、特にカーボン板の表面に切削加工により流路を形成していることから、薄型化したときには流路の溝が狭くなるため、流路抵抗が大きくなり、均一なガス供給が困難であるという問題点もあった。
【００２０】
また、複数の電解質部材２３とその対向する燃料極２４・空気極２５とガスセパレータ２６との組み合わせが、任意に効率よく直列接続または並列接続されて、全体の出力電圧および出力電流が調整されるようにする必要があるが、従来の燃料電池２１では電解質部材２３を挟む燃料極および空気極から電気を取り出すためには、外部に引き出し接続する方法か、もしくはガスセパレータ２６を導電性材料として重ね合わせ直列接続する方法しかなく、小型燃料電池においてはそれが困難であるという問題点もあった。
【００２１】
本発明は以上のような従来の技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、電解質部材を収納可能な、小型で、堅牢な燃料電池用容器であり、また、外部への放熱を抑えることが可能で、ガスの均等供給・燃料電池容器内の温度勾配の均一化・高効率な電気接続・高効率な発電を図ることができる信頼性のある燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池用容器は、下側および上側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する凹部を上面に有するセラミックスから成る基体と、前記電解質部材の前記下側主面に対向する前記凹部の底面から前記基体の外面にかけて形成された第１流体流路と、前記電解質部材の前記第１電極に対向する前記凹部の底面に一端が配設され、他端が前記基体の外面に導出された第１配線導体と、前記基体の前記凹部の周囲の上面に前記凹部を覆って取着される、前記凹部を気密に封止する蓋体と、前記電解質部材の前記上側主面に対向する前記蓋体の下面から前記蓋体の外面にかけて形成された第２流体流路と、前記電解質部材の前記第２電極に対向する前記蓋体の下面に一端が配設され、他端が前記蓋体の外面に導出された第２配線導体と、前記基体の前記凹部の下方の部位および前記蓋体の前記凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に形成された断熱層とを具備することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の燃料電池用容器は、上記構成において、前記断熱層は、多孔質セラミックスから成ることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の燃料電池用容器は、上記構成において、前記断熱層は、中空部から成ることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の燃料電池は、上記構成の本発明の燃料電池用容器の前記凹部に電解質部材を収容して、この電解質部材の前記下側および上側主面を前記第１および第２流体流路との間でそれぞれの流体がやりとり可能なように配置するとともに、前記第１および第２電極を前記第１および第２配線導体にそれぞれ電気的に接続し、前記基体の前記凹部の周囲の上面に前記凹部を覆って前記蓋体を取着して成ることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の燃料電池用容器によれば、下側および上側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する凹部を上面に有するセラミックスから成る基体と、この基体の凹部の周囲の上面に凹部を覆って取着される、凹部を気密に封止する蓋体とを具備していることから、燃料電池用容器内を気密に封止することで、気体等の流体の漏れがなく、この容器の他にパッケージ等の容器を設ける必要がないので、効率良く動作させることができる燃料電池を得ることができるとともに、小型化にも有効なものとなる。また、凹部を上面に有するセラミックスから成る基体とこの凹部を封止する蓋体とで形成される箱体内に複数の電解質部材を収納して燃料電池とすることができるので、電解質部材が容器の外部に露出して損傷を受けたりすることがなく、燃料電池全体としての機械的信頼性が向上する。また、凹部および蓋体で構成される容器内部に一端が配設された第１および第２配線導体の他には電解質部材自体に無用な電気的接触をしないで済むので、信頼性および安全性の高い燃料電池を得ることができる。さらに、燃料電池用容器の構成材料としてセラミックスを用いたことにより、各種のガスを始めとする流体に対する耐食性に優れる燃料電池を得ることができる。
【００２７】
また、電解質部材の下側主面に対向する凹部の底面から基体の外面にかけて形成された第１流体流路と、電解質部材の上側主面に対向する蓋体の下面から蓋体の外面にかけて形成された第２流体流路とを具備していることから、複数のそれぞれの流体流路は、電解質部材を挟んで、それぞれ対向する内壁面に設けられているため、電解質部材へ供給される流体の均一供給性を向上させることができる。このような流体経路によれば、流体が電解質部材に対して垂直に流れるため、例えば、流体が水素ガスと空気（酸素）ガスとの場合に、電解質部材が下側および上側主面にそれぞれ有する第１および第２電極に供給される各ガス分圧が下がることはなく、所定の安定した出力電圧を得ることができるという効果がある。さらに、供給される流体の圧力、例えばガス分圧が安定するため、燃料電池用容器の内部温度の分布が均一化され、その結果、電解質部材に生じる熱応力を抑制することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
さらにまた、それぞれの流体流路は基体と蓋体とに形成されるため、各流路の密閉性に優れ、本来は流路的に隔絶されるべき２種類の原料流体（例えば酸素ガスと水素ガスもしくはメタノール等）が混合してしまうことによって燃料電池としての機能が発現されなくなるようなことがなく、また、可燃性の流体が高温で混合された後に引火・爆発を起こす危険性もないので、安全な燃料電池を提供することができる。
【００２９】
また、凹部の底面の下方の部位および前記蓋体の前記凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に形成された断熱層を具備していることにより、電解質部材に近接した領域に断熱層を設置しているため、電解質部材や電極を所望の温度に保ち、かつ燃料電池用容器の外壁が高温となるのを抑え、さらに電解質部材の温度分布のばらつきを効果的に抑えることができる。そのため、電解質部材が高温となった場合でも、燃料電池容器の外表面への伝熱が断熱層によって抑制されるため、燃料電池が、皮膚等に触れた場合においてもやけど等を発生させたりするような高温になることはない。また、燃料電池における燃料極と空気極との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができ、各電極の発電むらの発生を抑えることが可能となる。また、燃料電池の端部に近い各電極と中心部に位置する各電極との温度差を無くし、かつ端部に位置する各電極の温度が中心部に位置する各電極の温度に対して相対的に低くなることを抑えることができるため、加湿過多となることによる発電等の効率の悪化を抑えることができる。
【００３０】
また、効率的な化学反応のためには、電解質部材の温度を概ね８０〜１００℃に上げることが好ましいが、本発明の燃料電池用容器によれば、上記のような断熱層を具備していることから、燃料の温度を上昇させるための付加装置が不要であり、電解質部材の温度を最適に保持することができ、化学反応の効率を上げることが可能である。特に、メタノールを直接燃料とするＤＭＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）の燃料電池においては、供給される燃料によって電解質部材が冷却されやすいため、本発明の燃料電池用容器によれば、内蔵された断熱層が電解質部材の温度を保持するのに特に効果を発揮し、さらには、小型化と携帯性に優れる燃料電池用容器となる。
【００３１】
また、空気極にて化学反応式（２）で生成される水が多孔質の電極に滞留すると、空気の供給が妨げられて化学反応の効率が低下するという問題が発生するが、本発明の燃料電池用容器によれば、発生した水蒸気が燃料電池内にて液化するのを断熱層をよって抑制することができ、これにより、効率低下を抑制することが可能である。
【００３２】
また、本発明の燃料電池用容器によれば、断熱層は、多孔質セラミックスから成るものとすることが好ましい。断熱層を多孔質セラミックスから成るものとしたときには、多孔質セラミックスは内部に多数の微細な空洞を有するため、良好な保温効果を有する断熱層として機能し、燃料電池用容器の外表面が高温になるのを抑えることができるため、電解質部材が高温となった場合でも、燃料電池容器に皮膚等が触れた場合においてもやけど等を発生させたりすることがなく、電解質部材の温度分布のばらつきを効果的に抑えることができ、かつ燃料電池における燃料極と空気極との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができ、各電極の発電むらの発生を抑えることが可能となる好ましいものとなる。
【００３３】
また、本発明の燃料電池用容器によれば、断熱層は、中空部から成るものとすることが好ましい。断熱層を中空部から成るものとしたときには、中空部は内部が空洞であるため、良好な保温効果を有する断熱層として機能し、燃料電池用容器の外表面が高温になるのを抑えることができるため、電解質部材が高温となった場合でも、燃料電池容器に皮膚等が触れた場合においてもやけど等を発生させたりすることがなく、電解質部材の温度分布のばらつきを効果的に抑えることができ、かつ燃料電池における燃料極と空気極との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができ、各電極の発電むらの発生を抑えることが可能となる好ましいものとなる。
【００３４】
また、本発明の燃料電池によれば、本発明の燃料電池用容器の凹部に電解質部材を収容して、この電解質部材の下側および上側主面を第１および第２流体流路との間でそれぞれの流体がやりとり可能なように配置するとともに、第１および第２電極を第１および第２配線導体にそれぞれ電気的に接続し、基体の凹部の周囲の上面に凹部を覆って蓋体を取着して成ることから、以上のような本発明の燃料電池用容器による特長を備えた、小型・堅牢で、外部への放熱を抑えることが可能で、ガスの均等供給・燃料電池容器内の温度勾配の均一化・高効率な電気接続・高効率な発電を図ることができる信頼性のある燃料電池を得ることができる。
【００３５】
従って、本発明の燃料電池用容器および燃料電池によれば、コンパクト性・簡便性・安全性に優れ、流体の均等供給・高効率な電気接続・高効率な発電により、長期にわたり安定して作動させることができる燃料電池を提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００３７】
図１は本発明の燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池について実施の形態の一例を示す断面図である。これらの図において、１は燃料電池、２は燃料電池用容器、３は電解質部材、４は第１電極、５は第２電極、６は基体、７は蓋体、８は第１流体流路、９は第２流体流路、１０は第１配線導体、１１は第２配線導体、１２は断熱層、１３は連結部、１４は導入部である。
【００３８】
電解質部材３は、板状の固体電解質である例えばイオン導電膜（交換膜）の両主面上に、下側主面に形成された第１電極４および上側主面に形成された第２電極５にそれぞれ対向するように、アノード側電極となる燃料極（図示せず）と、カソード側電極となる空気極（図示せず）とが一体的に形成されている。そして、電解質部材３で発電された電流を第１電極４および第２電極５へ流し、外部へ取り出すことができるものとなっている。
【００３９】
このような電解質部材３のイオン導電膜（交換膜）は、パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、例えばナフィオン（商品名、デュポン社製）等のプロトン伝導性のイオン交換樹脂により構成されている。また、燃料極および空気極は、多孔質状態のガス拡散電極であり、多孔質触媒層とガス拡散層の両方の機能を兼ね備えるものである。これらの燃料極および空気極は、白金・パラジウムあるいはこれらの合金等の触媒を担持した導電性微粒子、例えばカーボン微粒子をポリテトラフルオロエチレンのような疎水性樹脂結合剤により保持した多孔質体によって構成されている。
【００４０】
電解質部材３の下側主面の第１電極４および上側主面の第２電極５は、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子の付いた炭素電極を電解質部材３上にホットプレスする方法、または、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子の付いた炭素電極材料と電解質材料を分散した溶液との混合物を電解質上に塗布または転写する方法等により形成される。
【００４１】
本発明の燃料電池用容器２は、凹部を有する基体６と蓋体７とから成り、電解質部材３を凹部の内部に搭載して気密に封止する役割を持ち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体・ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体・炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体・窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体・窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料で形成されている。
【００４２】
なお、ガラスセラミックス焼結体はガラス成分とフィラー成分とから成るが、ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００４３】
また、フィラー成分としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００４４】
燃料電池用容器２は、凹部を有する基体６と蓋体７とから成り、基体６の凹部の周囲に凹部を覆って蓋体７を取着することによって凹部を気密に封止するため、半田や銀ろう等の金属接合材料での接合、エポキシ等の樹脂材料での接合、凹部の周囲の上面に鉄合金等で作られたシールリング等を接合してシームウェルドやエレクトロンビームやレーザ等で溶接する方法等によって、蓋体７が基体６に取着される。なお、蓋体７にも基体６と同様の凹部を形成しておいてもよい。
【００４５】
基体６および蓋体７は、それぞれ厚みを薄くし、本発明の燃料電池１の低背化を可能とするためには、機械的強度である曲げ強度が２００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００４６】
基体６および蓋体７は、例えば相対密度が９５％以上の緻密質からなる酸化アルミニウム質焼結体で形成されていることが好ましい。その場合であれば、例えば、まず酸化アルミニウム粉末に希土類酸化物粉末や焼結助剤を添加・混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調製する。次いで、この酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末に有機バインダおよび分散媒を添加・混合してペースト化し、このペーストからドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形・圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。そして、このグリーンシートに対して、金型による打ち抜き・マイクロドリル・レーザ等により、第１流体流路８および第２流体流路９としての貫通穴、ならびに第１配線導体１０および第２配線導体１１を配設するための貫通孔を形成する。
【００４７】
また、本発明の燃料電池１および燃料電池用容器２は、基体６の凹部の下方の部位および蓋体７の凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に、断熱層１２が形成されている。この例では両方に断熱層１２が形成されており、基体６の断熱層１２は、凹部の下方の第１流体流路８の下方に基体６の内部のほぼ全面にわたって形成されており、蓋体７の断熱層１２は、第２流体流路９がこの断熱層１２を貫通するように蓋体７の内部のほぼ全面にわたって形成されている。断熱層１２をこのように形成したときには、電解質部材３の主面に対向配置されているため、化学反応で生じた熱が断熱層１２により遮断され、燃料電池用容器２の外表面が高温になるのを抑えることが容易であり、さらには、電解質部材３の温度を最適に保持することができ、化学反応の効率を上げることに効果がある。これにより、燃料電池１の発電効率を上げることが可能なため、任意の出力に対し、電解質部材３のサイズを小型化することができ、携帯性に優れる小型化・低背化に寄与する燃料電池１となる。また、基体６の凹部の側面に位置する部位および蓋体７の側面に位置する部位に断熱層１２を設けてもよい。
【００４８】
多孔質セラミックスから成る断熱層１２を形成する場合においては、多孔質グリーンシートを、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末から成る基体６または蓋体７となるグリーンシート積層体中の所定の層として積層し焼成することにより形成できる。多孔質グリーンシートを作製するためには、例えば、電融アルミナおよび電融ムライトから成る粒径が１０〜１５０μｍの骨材を用いて、骨材中の電融アルミナおよび焼結アルミナおよび電融ムライトの組成割合を、骨材５０〜８５質量％と結合材１５〜５０質量％とを用いて得られるアルミナ・ムライト系多孔質グリーンシートにおいて、Ａｌ２Ｏ３：８５〜９５質量％およびＳｉＯ２：５〜１５質量％および不可避の不純物を含む状態となるように適切に選定すればよい。そして、所定量の骨材に有機バインダ・有機溶剤・可塑剤等を添加し、この多孔質セラミックス紛末に希土類酸化物粉末や焼結助剤を添加・混合してスラリーとするとともに、そのスラリーにドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって多幸質グリーンシートを成形すればよい。そして、このアルミナ・ムライト系多孔質グリーンシートに対して、金型による打ち抜き・マイクロドリル・レーザ等により、所望の形状に打ち抜きした後、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末から成るグリーンシートの積層体中の所定の層となるように積層し焼成すればよい。
【００４９】
また、焼結体である多孔質セラミックスから成る断熱層１２を形成する場合においては、例えば、焼結体アルミナ・ムライト系多孔質セラミックスの所定の個所にガラスボンド層としてガラスを含有したペーストを塗布し、酸化アルミニウム質焼結体の所定の層に貼り合わせ、還元雰囲気において３００〜５００℃の温度で積層体を熱処理して形成すればよい。また、焼結体アルミナ・ムライト系多孔質セラミックスの所定の個所に高耐熱エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂から成る接着剤を塗布し、酸化アルミニウム質焼結体の所定の層に貼り合わせて形成してもよい。
【００５０】
また、中空部から成る断熱層１２を形成する場合においては、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末から成るグリーンシートにあらかじめ金型による打ち抜き・マイクロドリル・レーザ等により、所定の位置および所望の形状に打ち抜きを行なった後、このグリーンシートを酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末から成るグリーンシートの積層体中の所定の層となるように積層し焼成すればよい。この中空部の形状としては丸穴または角穴のどちらでもよく、大きさおよび数としては、大きければ大きいほど、また多ければ多いほど断熱層１２としての効果が大きいものとなるが、燃料電池用容器２の強度の問題を考慮して設計する必要がある。
【００５１】
このような断熱層１２は、流体流路８・９と基体６および蓋体７の外面との間に位置する部位に配置され、厚みが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。厚みが０．１ｍｍ未満では、断熱層１２における熱伝導の制限作用が不足しがちなため、燃料電池１の外表面が高温になるのを抑えることが困難となる傾向がある。他方、厚みが５ｍｍを超えると、薄型化・低背化が困難となるため、小型携帯機器に搭載する燃料電池１としては不適切となる。また、電解質部材３が発電する際に生じる温度分布は、電解質部材３の主面中心部分において温度が高くなる傾向であるため、断熱層１２が中空部である場合には、電解質部材３の主面に対向して設けることが好ましいが、特に主面中心部分に対向する中空部の大きさや数（開口率）を大きくし、あるいは、中空部の厚みを厚くすることで、断熱層１２による熱の遮断および電解質部材３の温度分布を調整することが可能である。
【００５２】
第１配線導体１０および第２配線導体１１は、酸化を防ぐために、タングステンもしくはモリブデンまたはこれらの合金で形成されているのが好ましい。その場合であれば、例えば、無機成分としてタングステンもしくはモリブデン粉末１００質量部に対して、Ａｌ２Ｏ３を３〜２０質量部，Ｎｂ２Ｏ５を０．５〜５質量部の割合で添加してなる導体ペーストを調製する。この導体ペーストをグリーンシートの貫通孔内に充填して、貫通導体としてのヴィア導体を形成する。
【００５３】
これらの導体ペースト中には、基体６や蓋体７のセラミックスとの密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、基体６や蓋体７を形成するセラミックス成分と同一の組成物粉末を、例えば０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００５４】
なお、基体６や蓋体７の表層および内層への第１配線導体１０および第２配線導体１１の形成は、貫通孔へ導体ペーストを充填してヴィア導体を形成する前後あるいはそれと同時に、同様の導体ペーストをグリーンシートに対しスクリーン印刷・グラヴィア印刷等の方法で所定パターンに印刷塗布して形成する。
【００５５】
その後、導体ペーストを印刷し充填した所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、例えば非酸化性雰囲気中にて、焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度で焼成して、目的とするセラミックスの基体６や蓋体７および第１配線導体１０・第２配線導体１１を得る。
【００５６】
また、セラミックスから成る基体６や蓋体７は、その厚みを０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。厚みが０．２ｍｍ未満では、強度が不足しがちなため、基体６に蓋体７を取着したときに発生する応力により、基体６および蓋体７に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。他方、厚みが５ｍｍを超えると、薄型化・低背化が困難となるため、小型携帯機器に搭載する燃料電池としては不適切となり、また、熱容量が大きくなるため、電解質部材３の電気化学反応条件に相当する適切な温度にすばやく設定することが困難となる傾向がある。
【００５７】
第１配線導体１０および第２配線導体１１は、それぞれ電解質部材３の第１電極４および第２電極５に電気的に接続されて、電解質部材３で発電された電流を燃料電池用容器２の外部へ取り出すための導電路として機能する。
【００５８】
第１配線導体１０は、基体６の凹部の底面の電解質部材３の第１電極４に対向する第１流体流路８の開口の周辺に、好ましくは電解質部材３の第１電極４が接触する部位の面の全域に一端が配設され、他端が基体６の外面（図１に示す例では側面）に導出されて形成されている。これにより、電解質部材３の第１電極４の主面の第１流体流路８の開口と対向する部位を除く部位の全域と第１配線導体１０とを当接させて直接に接続することができ、電解質部材３の第１電極４と第１配線導体１０との接触面積が大きくとれることから電気抵抗の増大化および接触不良を有効に抑えることができ、高い発電効率を有した燃料電池を提供することができる。このような第１配線導体１０は、前述のように基体６と一体的に形成され、第１配線導体１０を第１電極４に当接させやすいように基体６の凹部の底面より、１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、印刷条件を厚くするように設定すればよい。また、第１配線導体１０は第１電極４に対向させて複数配置し、第１配線導体１０による電気損失を減少させるようにしてもよく、第１配線導体１０の基体６の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００５９】
また、第２配線導体１１は、蓋体７の下面の電解質部材３の第２電極５に対向する第２流体流路９の開口の周辺に、好ましくは電解質部材３の第２電極５が接触する部位の面の全域に一端が配設され、他端が蓋体７の外面（図１に示す例では側面）に導出されて形成されている。これにより、電解質部材３の第２電極５の主面の第２流体流路９の開口と対向する部位を除く部位の全域と第２配線導体１１とを当接させて直接に接続することができ、電解質部材３の第２電極５と第２配線導体１１との接触面積が大きくとれることから電気抵抗の増大化および接触不良を有効に抑えることができ、高い発電効率を有した燃料電池を提供することができる。このような第２配線導体１１も、第１配線導体１０と同様に、蓋体７と一体的に形成され、第２配線導体１１を第２電極５に当接させやすいように蓋体７の凹部の底面より、１０μｍ以上高くするように形成するのが望ましい。この高さを得るためには、前述したように導体ペーストを印刷塗布して形成する際に、印刷条件を厚くするように設定すればよい。また、第２配線導体１１は第２電極５に対向させて複数配置し、第２配線導体１１による電気損失を減少させるようにしてもよく、第２配線導体１１の蓋体７の貫通部についてはφ５０μｍ以上の径とすることが好ましい。
【００６０】
これら第１配線導体１０および第２配線導体１１には、その露出する表面にニッケルから成る良導電性で、かつ耐蝕性およびロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、第１配線導体１０および第２配線導体１１と、第１配線導体１０および第２配線導体１１ならびに外部電気回路との電気的接続を良好とすることができる。従って、第１配線導体１０および第２配線導体１１は、その露出する表面にニッケルから成る良導電性で、かつ耐蝕性およびロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好ましい。
【００６１】
そして、これら第１および第２配線導体１０・１１と第１および第２電極４・５との電気的な接続は、基体６と蓋体７とで電解質部材３を挟み込むことによって、第１および第２配線導体１０・１１と第１および第２電極４・５とを圧着接触させて電気的接続させる等の構成によって行なえばよい。
【００６２】
また、第１電極４および第２電極５に対向する基体６の凹部の底面および蓋体７の下面には、それぞれ第１流体流路８および第２流体流路９が配置されており、第１流体流路８は基体６の外面にかけて、また第２流体流路９は蓋体７の外面にかけて形成されている。これら第１および第２流体流路８・９は、それぞれ基体６や蓋体７に形成した貫通穴あるいは溝によって、燃料ガス例えば水素に富む改質ガス、あるいは酸化剤ガス例えば酸素や空気等の、電解質部材３へ供給される流体の通路として、あるいは反応で生成される水や二酸化炭素等の、反応後に電解質部材３から排出される流体の通路として設けられている。
【００６３】
第１流体流路８および第２流体流路９として基体６および蓋体７に形成される貫通穴あるいは溝は、電解質部材３に均等に燃料ガスや酸化剤ガス等の流体が供給されるように、燃料電池１の仕様に応じて、貫通穴の径や数、あるいは溝の幅・深さ・配置を決めればよい。
【００６４】
本発明の燃料電池用容器２および燃料電池１においては、第１流体流路８および第２流体流路９は、好適には、電解質部材３に均一な圧力で流体を流すため、φ０．１ｍｍ以上の穴径、間隔を一定とし、あるいは、溝を形成する場合には、幅０．５ｍｍ以上、深さ０．２ｍｍ以上にして配置するようにするとよい。
【００６５】
このように電解質部材３の第１電極４が形成された下側主面に対向させて第１流体流路８を、第２電極５が形成された上側主面に対向させて第２流体流路９を形成したことによって、電解質部材３の下側および上側主面と第１および第２流体流路８・９との間で流体がやりとり可能となり、その流体がそれぞれの流路を通して供給あるいは排出されることとなる。そして、例えば流体としてガスを供給する場合であれば、電解質部材３の第１電極４および第２電極５にそれぞれ供給されるガス分圧が下がることをなくすことができ、所定の安定した出力電圧を得ることができる。さらに、供給されるガス分圧が安定するため、燃料電池１の内部圧力が均一化され、その結果、電解質部材３に生じる熱応力を抑制することができるので、燃料電池１の信頼性を向上させることができる。
【００６６】
また、断熱層１２は、基体６の凹部の下方の部位および蓋体７の凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に、電解質部材３の下側主面または上側主面を取り囲むように形成されている。断熱層１２のパターンとしては、基体６の凹部の底面の第１流体流路８の開口の周辺および連結部１３周辺の底板中に形成したり、蓋体７の中の第２流体流路９の開口の周辺に形成したりすればよく、図１に示すような、電解質部材３での電気化学反応による発熱を均一に断熱できるパターン形状であれば種々の形状のパターンとすることができる。
【００６７】
以上の構成により、図１に示すような、電解質部材３を収納可能な、小型で堅牢な本発明の燃料電池用容器２が得られ、高効率制御が可能な本発明の燃料電池１が得られる。
【００６８】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を行なっても何ら差し支えない。例えば、図示していないが、電解質部材３と断熱層１２との間に、発熱体を形成してもよい。発熱体の形成方法としては、金や銀，パラジウム，白金族の金属またはこれらの合金や、タングステン，チタン，窒化チタン，ニッケル等の高融点金属を使用することができる。また、発熱体には、金や銀，パラジウム，白金等の材質から成る給電部（図示せず）が形成され、この給電部に導通端子を押圧して接触させることにより、導通が確保されている。これにより、電解質部材３の温度を変更したり、電解質部材３の温度が変動した場合に、発熱体の給電部に供給する電流量を制御することにより、電解質部材３に温度むらが発生することを防止し、さらには、電解質部材３の温度分布を均一にすることが可能となる。さらには、作動温度までの温度上昇を短時間化でき、電解質部材３の温度制御をさらに効率的に行なうことが可能となり、携帯電子機器に燃料電池１を搭載するのに必要な、コンパクト性・簡便性・安全性に優れるものとなる。
【００６９】
また、図２に本発明の燃料電池用容器およびそれを用いた燃料電池の実施の形態の他の例を断面図で示すように、複数の凹部を有する基体６’の凹部のそれぞれに電解質部材３を収容するとともに、隣接する凹部の端部間にわたって第３配線導体１５を配設し、複数の電解質部材３の第１電極４の間または第１電極４と第２電極５との間を電気的に接続し、両端となる位置に配置された電解質部材３に全体としての出力を取り出すように第１配線導体１０’および第２配線導体１１’をそれぞれに電気的に接続するようにしてもよい。これによれば、第１〜第３配線導体１０’・１１’・１５により３次元的に自由に配線ができるため、複数の電解質部材３を任意に直列接続または並列接続することが可能となる。その結果、全体の出力電圧および出力電流を効率よく調整することが可能となるため、電解質部材３にて電気化学的に生成された電気を良好に外部に取り出すことができる燃料電池用容器２’および燃料電池１’となる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の燃料電池用容器によれば、下側および上側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する凹部を上面に有するセラミックスから成る基体と、この基体の凹部の周囲の上面に凹部を覆って取着される、凹部を気密に封止する蓋体とを具備していることから、燃料電池用容器内を気密に封止することで、気体等の流体の漏れがなく、この容器の他にパッケージ等の容器を設ける必要がないので、効率良く動作させることができる燃料電池を得ることができるとともに、小型化にも有効なものとなる。また、凹部を上面に有するセラミックスから成る基体とこの凹部を封止する蓋体とで形成される箱体内に複数の電解質部材を収納して燃料電池とすることができるので、電解質部材が容器の外部に露出して損傷を受けたりすることがなく、燃料電池全体としての機械的信頼性が向上する。また、凹部および蓋体で構成される容器内部に一端が配設された第１および第２配線導体の他には電解質部材自体に無用な電気的接触をしないで済むので、信頼性および安全性の高い燃料電池を得ることができる。さらに、燃料電池用容器の構成材料としてセラミックスを用いたことにより、各種のガスを始めとする流体に対する耐食性に優れる燃料電池を得ることができる。
【００７１】
また、電解質部材の下側主面に対向する凹部の底面から基体の外面にかけて形成された第１流体流路と、電解質部材の上側主面に対向する蓋体の下面から蓋体の外面にかけて形成された第２流体流路とを具備していることから、複数のそれぞれの流体流路は、電解質部材を挟んで、それぞれ対向する内壁面に設けられているため、電解質部材へ供給される流体の均一供給性を向上させることができる。このような流体経路によれば、流体が電解質部材に対して垂直に流れるため、例えば、流体が水素ガスと空気（酸素）ガスとの場合に、電解質部材が下側および上側主面にそれぞれ有する第１および第２電極に供給される各ガス分圧が下がることはなく、所定の安定した出力電圧を得ることができるという効果がある。さらに、供給される流体の圧力、例えばガス分圧が安定するため、燃料電池用容器の内部温度の分布が均一化され、その結果、電解質部材に生じる熱応力を抑制することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。
【００７２】
さらにまた、それぞれの流体流路は基体と蓋体とに形成されるため、各流路の密閉性に優れ、本来は流路的に隔絶されるべき２種類の原料流体（例えば酸素ガスと水素ガスもしくはメタノール等）が混合してしまうことによって燃料電池としての機能が発現されなくなるようなことがなく、また、可燃性の流体が高温で混合された後に引火・爆発を起こす危険性もないので、安全な燃料電池を提供することができる。
【００７３】
また、凹部の底面の下方の部位および前記蓋体の前記凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に形成された断熱層を具備していることにより、電解質部材に近接した領域に断熱層を設置しているため、電解質部材や電極を所望の温度に保ち、かつ燃料電池用容器の外壁が高温となるのを抑え、さらに電解質部材の温度分布のばらつきを効果的に抑えることができる。そのため、電解質部材が高温となった場合でも、燃料電池容器の外表面への伝熱が断熱層によって抑制されるため、燃料電池が、皮膚等に触れた場合においてもやけど等を発生させたりするような高温になることはない。また、燃料電池における燃料極と空気極との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができ、各電極の発電むらの発生を抑えることが可能となる。また、燃料電池の端部に近い各電極と中心部に位置する各電極との温度差を無くし、かつ端部に位置する各電極の温度が中心部に位置する各電極の温度に対して相対的に低くなることを抑えることができるため、加湿過多となることによる発電等の効率の悪化を抑えることができる。
【００７４】
また、効率的な化学反応のためには、電解質部材の温度を概ね８０〜１００℃に上げることが好ましいが、本発明の燃料電池用容器によれば、上記のような断熱層を具備していることから、燃料の温度を上昇させるための付加装置が不要であり、電解質部材の温度を最適に保持することができ、化学反応の効率を上げることが可能である。特に、メタノールを直接燃料とするＤＭＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）の燃料電池においては、供給される燃料によって電解質部材が冷却されやすいため、本発明の燃料電池用容器によれば、内蔵された断熱層が電解質部材の温度を保持するのに特に効果を発揮し、さらには、小型化と携帯性に優れる燃料電池用容器となる。
【００７５】
また、空気極にて化学反応式（２）で生成される水が多孔質の電極に滞留すると、空気の供給が妨げられて化学反応の効率が低下するという問題が発生するが、本発明の燃料電池用容器によれば、発生した水蒸気が燃料電池内にて液化するのを断熱層をよって抑制することができ、これにより、効率低下を抑制することが可能である。
【００７６】
また、本発明の燃料電池用容器によれば、断熱層は、多孔質セラミックスから成るものとすることが好ましい。断熱層を多孔質セラミックスから成るものとしたときには、多孔質セラミックスは内部に多数の微細な空洞を有するため、良好な保温効果を有する断熱層として機能し、燃料電池用容器の外表面が高温になるのを抑えることができるため、電解質部材が高温となった場合でも、燃料電池容器に皮膚等が触れた場合においてもやけど等を発生させたりすることがなく、電解質部材の温度分布のばらつきを効果的に抑えることができ、かつ燃料電池における燃料極と空気極との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができ、各電極の発電むらの発生を抑えることが可能となる好ましいものとなる。
【００７７】
また、本発明の燃料電池用容器によれば、断熱層は、中空部から成るものとすることが好ましい。断熱層を中空部から成るものとしたときには、中空部は内部が空洞であるため、良好な保温効果を有する断熱層として機能し、燃料電池用容器の外表面が高温になるのを抑えることができるため、電解質部材が高温となった場合でも、燃料電池容器に皮膚等が触れた場合においてもやけど等を発生させたりすることがなく、電解質部材の温度分布のばらつきを効果的に抑えることができ、かつ燃料電池における燃料極と空気極との間の発電効率のばらつきの低減を図ることができ、各電極の発電むらの発生を抑えることが可能となる好ましいものとなる。
【００７８】
また、本発明の燃料電池によれば、本発明の燃料電池用容器の凹部に電解質部材を収容して、この電解質部材の下側および上側主面を第１および第２流体流路との間でそれぞれの流体がやりとり可能なように配置するとともに、第１および第２電極を第１および第２配線導体にそれぞれ電気的に接続し、基体の凹部の周囲の上面に凹部を覆って蓋体を取着して成ることから、以上のような本発明の燃料電池用容器による特長を備えた、小型・堅牢で、外部への放熱を抑えることが可能で、ガスの均等供給・燃料電池容器内の温度勾配の均一化・高効率な電気接続・高効率な発電を図ることができる信頼性のある燃料電池を得ることができる。
【００７９】
従って、本発明の燃料電池用容器および燃料電池によれば、コンパクト性・簡便性・安全性に優れ、流体の均等供給・高効率な電気接続・高効率な発電により、長期にわたり安定して作動させることができる燃料電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池用容器およびそれを用いた本発明の燃料電池の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の燃料電池用容器およびそれを用いた本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の燃料電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１’：燃料電池
２、２’：燃料電池用容器
３：電解質部材
４：第１電極
５：第２電極
６、６’：基体
７、７’：蓋体
８、８’：第１流体流路
９、９’：第２流体流路
１０、１０’：第１配線導体
１１、１１’：第２配線導体
１２、１２’：断熱層
１３：連結部
１４：導入部
１５：第３配線導体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a small and highly reliable fuel cell container made of ceramics capable of accommodating an electrolyte member, and a fuel cell using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, small fuel cells that operate at lower temperatures than ever have been actively developed. Depending on the type of electrolyte used for the fuel cell, a fuel cell such as a solid polymer electrolyte fuel cell (Polymer Electrolyte Fuel Cell: hereinafter referred to as PEFC), a phosphoric acid fuel cell, or a solid electrolyte fuel cell is known. ing.
[0003]
Above all, PEFC has a low operating temperature of about 80 to 100 ° C,
(1) High power density, enabling downsizing and weight reduction
(2) Since the electrolyte is not corrosive and has a low operating temperature, there are few restrictions on the battery constituent materials from the viewpoint of corrosion resistance, so that cost reduction is easy.
(3) Since it can be started at room temperature, the startup time is short,
It has such excellent features. For this reason, PEFC, taking advantage of the above features, is applicable not only to driving power supplies for vehicles and cogeneration systems for home use, but also to mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook computers, digital cameras, and the like. The use as a power supply for portable electronic devices having an output such as video of several W to several tens W has been considered.
[0004]
PEFCs are roughly classified into, for example, a fuel electrode (anode) composed of a carbon electrode to which catalyst particles such as platinum or platinum-ruthenium are attached, and an air electrode (cathode) composed of a carbon electrode to which catalyst particles such as platinum are attached. It has a film-shaped electrolyte member (hereinafter, referred to as an electrolyte member) interposed between the fuel electrode and the air electrode. Here, a hydrogen gas (H2) Is supplied to the air electrode, while oxygen gas (O2) Is supplied, predetermined electrical energy is generated (generated) by an electrochemical reaction, and electrical energy that is a driving power source (voltage / current) for the load is generated.
[0005]
Specifically, hydrogen gas (H2) Is supplied, as shown in the following chemical reaction formula (1), electrons (e) are−) Separated hydrogen ion (proton; H+) Is generated and passes through the electrolyte member to the air electrode side, and electrons (e) are generated by the carbon electrode constituting the fuel electrode.−) Is taken out and supplied to the load.
[0006]
3H2  → 6H++ 6e−  ... (1)
On the other hand, when air is supplied to the air electrode, as shown in the following chemical reaction formula (2), electrons (e−) And hydrogen ions (H+) And oxygen gas (O2) Reacts with water (H2O) is generated.
[0007]
6H++ 3 / 2O2+ 6e−  → 3H2O ... (2)
Such a series of electrochemical reactions (Equations (1) and (2)) proceed under relatively low temperature conditions of about 80 to 100 ° C., and by-products other than electric power are basically water (H2O) only.
[0008]
The ionic conductive film (exchange membrane) constituting the electrolyte member is a polystyrene-based cation exchange membrane having sulfonic acid groups, a mixed membrane of fluorocarbon sulfonic acid and polyvinylidene fluoride, and trifluoroethylene grafted to a fluorocarbon matrix. Such materials are known, and recently, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (for example, Nafion: trade name, manufactured by DuPont) or the like is used.
[0009]
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a conventional fuel cell (PEFC). In the figure, 21 is a PEFC, 23 is an electrolyte member, 24 and 25 are disposed on the electrolyte member 23 so as to sandwich the electrolyte member, and a pair of porous electrodes having a function as a gas diffusion layer and a catalyst layer, that is, Reference numeral 26 denotes a gas separator, reference numeral 28 denotes a fuel flow path, and reference numeral 29 denotes an air flow path.
[0010]
The gas separator 26 is provided so as to penetrate the laminated portion and the gas inflow / outlet frame forming the outer shape of the gas separator 26, the separator portion separating the fuel flow path 28 and the air flow path 29, and the separator portion. And electrodes arranged so as to correspond to the fuel electrode 24 and the air electrode 25 of the electrolyte member 23. A large number of fuel electrodes 24 and air electrodes 25 of the electrolyte member 23 are laminated via a gas separator 26 so as to be electrically connected in series and / or parallel to form a fuel cell stack which is the minimum unit of a battery. The stack containing the stack in a box is a general PEFC body.
[0011]
A fuel gas (hydrogen-rich gas) containing water vapor is supplied from a reformer to the fuel electrode 24 through a fuel flow path 28 formed in the gas separator 26, and the air electrode 25 is supplied to the air electrode 25 through an air flow path 29. Air is supplied as an oxidizing gas from the, and power is generated by a chemical reaction in the electrolyte member 23.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2001-266910 A
[Patent Document 2]
JP 2001-507501 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the fuel cell 21 conventionally proposed and developed as such a high-voltage and high-capacity battery is a heavy-weight and large-sized battery having a stack structure and a large-area component. The use of a fuel cell as a fuel cell has hardly been considered in the past.
[0014]
That is, in the conventional gas separator 26 of such a fuel cell 21, since the side surface of the electrolyte member 23 is exposed to the outside in the laminate in which the electrolyte member 23 is stacked by using the conventional gas separator 26, the gas separator 26 is dropped when carrying. There is a problem that the fuel cell 21 is liable to be damaged by such factors, and it is difficult to secure the mechanical reliability of the entire fuel cell 21.
[0015]
Further, in order to mount the fuel cell 21 in the portable electronic device, a fuel cell container which is different from the conventional large fuel cell container and which is excellent in compactness, simplicity, and safety is required. In other words, in order to apply the battery as a portable power source such as a general-purpose chemical battery, the fuel cell container must be reduced in size and height to shorten the temperature rise to the operating temperature and to reduce the heat capacity. However, in the conventional fuel cell 21, the gas separator 26 occupying a large part of the heat capacity ratio is reduced in thickness, particularly in the case of the gas separator 26 in which a flow path is formed by cutting on the surface of a carbon plate. Since it becomes brittle, a thickness of several mm is required. For this reason, there is also a problem that it is difficult to reduce the size and height.
[0016]
Further, when power is generated by a series of electrochemical reactions in the electrolyte member 23, the temperature of the electrolyte member 23 becomes high, and when the fuel cell 21 which has become high temperature comes into contact with the skin or the like, a burn or the like is generated. This causes a problem in practical use.
[0017]
Further, since the structure is such that it is difficult to suppress heat radiation to the outside, the temperature distribution of the electrolyte member 23 tends to vary, and for example, the power generation efficiency between the fuel electrode 24 and the air electrode 25 in the fuel cell 21. Therefore, there is also a problem that it is impossible to reduce the variation in the power generation, and the power generation unevenness is generated in the fuel electrode 24 and the air electrode 25.
[0018]
Furthermore, a temperature difference occurs between the fuel electrode 24 and the air electrode 25 near the end of the fuel cell 21 and the fuel electrode 24 and the air electrode 25 located at the center, and the fuel electrode 24 and the air electrode 25 positioned at the end are generated. The temperature of the air electrode 25 is relatively lower than the temperature of the fuel electrode 24 and the air electrode 25 located at the center, and is likely to be excessively humidified. However, there is also a problem that the efficiency of the method becomes poor.
[0019]
The output voltage of the fuel cell 21 is determined by the partial pressure of the gas supplied to the fuel electrode 24 and the air electrode 25 on the front and back surfaces of the electrolyte member 23. That is, when the fuel gas supplied to the electrolyte member 23 travels through the gas flow path 28 and is consumed in the power generation reaction, the partial pressure of the fuel gas on the surface of the fuel electrode 24 decreases, and the output voltage decreases. Similarly, when the air also travels through the air flow path 29 and is consumed, the partial pressure of oxygen on the surface of the air electrode 25 decreases, and the output voltage decreases. Therefore, it is necessary to uniformly supply the fuel gas. However, the gas separator 26 of the conventional fuel cell 21 has a flow path formed by cutting the surface of the carbon plate, particularly when the thickness is reduced. Since the groove becomes narrower, the flow path resistance increases, and it is difficult to uniformly supply gas.
[0020]
Further, the combination of the plurality of electrolyte members 23 and the opposing fuel electrode 24, air electrode 25, and gas separator 26 are arbitrarily and efficiently connected in series or in parallel to adjust the overall output voltage and output current. However, in the conventional fuel cell 21, in order to extract electricity from the fuel electrode and the air electrode sandwiching the electrolyte member 23, the electricity is extracted and connected to the outside, or the gas separator 26 is stacked as a conductive material. There is only a method of connecting them together in series, and there is a problem that this is difficult in a small fuel cell.
[0021]
The present invention has been completed in view of the problems of the conventional technology as described above, and an object of the present invention is to provide a small, robust fuel cell container capable of storing an electrolyte member, and A reliable fuel cell container that can suppress heat radiation, achieve uniform supply of gas, uniform temperature gradient in the fuel cell container, highly efficient electrical connection, and highly efficient power generation. It is to provide a fuel cell used.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
A fuel cell container according to the present invention includes: a base body made of ceramics having a concave portion on its upper surface for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on lower and upper main surfaces, respectively; and the lower main surface of the electrolyte member. A first fluid flow path formed from the bottom surface of the recess facing the outer surface of the base to one end of the recess facing the first electrode of the electrolyte member; A first wiring conductor led out to an outer surface of the base member, a lid that is attached to an upper surface around the concave portion of the base so as to cover the concave portion, and hermetically seals the concave portion, and the upper side of the electrolyte member A second fluid flow path formed from a lower surface of the lid facing the main surface to an outer surface of the lid, and one end provided on a lower surface of the lid facing the second electrode of the electrolyte member; The other end is led out to the outer surface of the lid And second wiring conductors, is characterized in that it comprises a thermal insulating layer formed on at least one of a portion located above the recess portion and the lid below said recess of said base.
[0023]
Further, in the fuel cell container according to the present invention, in the above-described configuration, the heat insulating layer is made of porous ceramics.
[0024]
Further, in the fuel cell container according to the present invention, in the above structure, the heat insulating layer is formed of a hollow portion.
[0025]
Further, in the fuel cell of the present invention, an electrolyte member is accommodated in the concave portion of the fuel cell container of the present invention having the above-described configuration, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are separated by the first and second fluid flows. The first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors, respectively, so that the respective fluids can be exchanged between the first and second wiring conductors. The cover is attached to the upper surface so as to cover the recess.
[0026]
According to the fuel cell container of the present invention, a base made of ceramics having a concave portion for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on a lower side and an upper main surface, respectively, and a periphery of the concave portion of the substrate. Since it has a lid attached to the upper surface so as to cover the concave portion and hermetically seals the concave portion, by sealing the inside of the fuel cell container airtightly, leakage of fluid such as gas can be prevented. In addition, since there is no need to provide a container such as a package in addition to this container, it is possible to obtain a fuel cell that can be operated efficiently, and it is also effective for downsizing. Further, since a plurality of electrolyte members can be housed in a box formed by a ceramic base having a recess on the upper surface and a lid sealing the recess, a fuel cell can be obtained. It is not exposed to the outside and is not damaged, and the mechanical reliability of the fuel cell as a whole is improved. Further, unnecessary electrical contact with the electrolyte member itself is avoided in addition to the first and second wiring conductors each having one end disposed inside the container formed by the concave portion and the lid, so that reliability and safety are improved. And a fuel cell having a high fuel cell density. Further, by using ceramics as a constituent material of the fuel cell container, it is possible to obtain a fuel cell having excellent corrosion resistance to various gases and other fluids.
[0027]
A first fluid flow path formed from the bottom surface of the concave portion facing the lower main surface of the electrolyte member to the outer surface of the base; and a first fluid flow channel formed from the lower surface of the lid facing the upper main surface of the electrolyte member to the outer surface of the lid. Since the plurality of fluid flow paths are provided on the inner wall surfaces facing each other with the electrolyte member interposed therebetween, the fluid supplied to the electrolyte member is provided. Can be more uniformly supplied. According to such a fluid path, since the fluid flows perpendicular to the electrolyte member, for example, when the fluid is a hydrogen gas and an air (oxygen) gas, the electrolyte member has the lower and upper main surfaces, respectively. The partial pressure of each gas supplied to the first and second electrodes does not decrease, and there is an effect that a predetermined stable output voltage can be obtained. Further, since the pressure of the supplied fluid, for example, the gas partial pressure is stabilized, the distribution of the internal temperature of the fuel cell container is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member can be suppressed. Reliability can be improved.
[0028]
Furthermore, since each fluid flow path is formed in the base and the lid, each flow path is excellent in hermeticity and two kinds of material fluids (for example, oxygen gas and hydrogen Gas or methanol) does not cause the fuel cell to lose its function, and there is no danger of ignition or explosion after the flammable fluid is mixed at a high temperature. Thus, a safe fuel cell can be provided.
[0029]
In addition, by providing a heat insulating layer formed on at least one of a portion below the bottom surface of the concave portion and a portion of the lid body located above the concave portion, the heat insulating layer is provided in a region close to the electrolyte member. Therefore, the temperature of the electrolyte member and the electrode can be maintained at desired temperatures, the temperature of the outer wall of the fuel cell container can be suppressed from becoming high, and the variation in the temperature distribution of the electrolyte member can be effectively suppressed. Therefore, even when the temperature of the electrolyte member becomes high, the heat transfer to the outer surface of the fuel cell container is suppressed by the heat insulating layer, so that even when the fuel cell touches the skin or the like, a burn or the like is generated. There is no such high temperature. Further, it is possible to reduce the variation in the power generation efficiency between the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell, and it is possible to suppress the generation of power generation unevenness of each electrode. Further, the temperature difference between each electrode located near the end of the fuel cell and each electrode located at the center is eliminated, and the temperature of each electrode located at the end is relative to the temperature of each electrode located at the center. Therefore, it is possible to suppress deterioration of efficiency such as power generation due to excessive humidification.
[0030]
Further, for efficient chemical reaction, it is preferable to raise the temperature of the electrolyte member to approximately 80 to 100 ° C. However, according to the fuel cell container of the present invention, the fuel cell container is provided with the heat insulating layer as described above. Therefore, an additional device for raising the temperature of the fuel is not required, the temperature of the electrolyte member can be kept optimal, and the efficiency of the chemical reaction can be increased. In particular, in a fuel cell of a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol directly as a fuel, the electrolyte member is easily cooled by the supplied fuel. Is particularly effective in maintaining the temperature of the electrolyte member, and furthermore, a fuel cell container excellent in miniaturization and portability.
[0031]
Further, if water generated by the chemical reaction formula (2) stays at the air electrode at the porous electrode, the supply of air is obstructed, and the efficiency of the chemical reaction is reduced. According to the fuel cell container, the liquefaction of the generated water vapor in the fuel cell can be suppressed by the heat insulating layer, whereby it is possible to suppress a decrease in efficiency.
[0032]
Further, according to the fuel cell container of the present invention, it is preferable that the heat insulating layer is made of porous ceramics. When the heat-insulating layer is made of porous ceramics, the porous ceramics has many fine cavities inside, so it functions as a heat-insulating layer with a good heat-retaining effect, and the outer surface of the fuel cell container is heated to a high temperature. Therefore, even if the electrolyte member becomes hot, even if the fuel cell container comes in contact with the skin or the like, it does not cause a burn or the like, and the variation in the temperature distribution of the electrolyte member is reduced. It is preferable to be able to effectively suppress the variation in power generation efficiency between the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell, and to reduce the occurrence of power generation unevenness of each electrode. Become.
[0033]
Further, according to the fuel cell container of the present invention, it is preferable that the heat insulating layer is formed of a hollow portion. When the heat insulating layer is formed of a hollow portion, the hollow portion has a hollow inside, so that the hollow portion functions as a heat insulating layer having a good heat retaining effect, and it is possible to prevent the outer surface of the fuel cell container from becoming hot. Therefore, even when the temperature of the electrolyte member becomes high, even when the fuel cell container comes in contact with the skin or the like, a burn or the like does not occur, and the variation in the temperature distribution of the electrolyte member can be effectively suppressed. This makes it possible to reduce the variation in power generation efficiency between the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell, and to suppress generation of power generation unevenness of each electrode.
[0034]
According to the fuel cell of the present invention, the electrolyte member is housed in the recess of the fuel cell container of the present invention, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are placed between the first and second fluid flow paths. And the first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors respectively, and the upper surface around the concave portion of the base body is covered with the concave portion to cover the concave portion. Since it is attached, the fuel cell container of the present invention has the above-mentioned features of the fuel cell container, and is compact, robust, capable of suppressing heat radiation to the outside, and is capable of uniformly supplying gas and a fuel cell container. It is possible to obtain a reliable fuel cell capable of achieving uniform temperature gradient in the inside, highly efficient electric connection, and highly efficient power generation.
[0035]
Therefore, according to the fuel cell container and the fuel cell of the present invention, they are excellent in compactness, simplicity, and safety, and operate stably for a long period of time by uniform supply of fluid, highly efficient electrical connection, and highly efficient power generation. A fuel cell that can be operated can be provided.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0037]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell container of the present invention and a fuel cell using the same. In these figures, 1 is a fuel cell, 2 is a fuel cell container, 3 is an electrolyte member, 4 is a first electrode, 5 is a second electrode, 6 is a base, 7 is a lid, and 8 is a first fluid flow path. , 9 is a second fluid flow path, 10 is a first wiring conductor, 11 is a second wiring conductor, 12 is a heat insulating layer, 13 is a connecting part, and 14 is an introduction part.
[0038]
The electrolyte member 3 includes a first electrode 4 formed on a lower main surface and a second electrode formed on an upper main surface on both main surfaces of, for example, an ion conductive film (exchange membrane) which is a plate-like solid electrolyte. A fuel electrode (not shown) serving as an anode-side electrode and an air electrode (not shown) serving as a cathode-side electrode are formed integrally with each other so as to oppose the electrodes 5. Then, the current generated by the electrolyte member 3 flows to the first electrode 4 and the second electrode 5 and can be taken out.
[0039]
The ion conductive film (exchange membrane) of the electrolyte member 3 is made of a proton-conductive ion exchange resin such as a perfluorocarbon sulfonic acid resin, for example, Nafion (trade name, manufactured by DuPont). The fuel electrode and the air electrode are gas diffusion electrodes in a porous state, and have both functions of a porous catalyst layer and a gas diffusion layer. The fuel electrode and the air electrode are formed of a porous body in which conductive fine particles carrying a catalyst such as platinum / palladium or an alloy thereof, for example, carbon fine particles are held by a hydrophobic resin binder such as polytetrafluoroethylene. Have been.
[0040]
The first electrode 4 on the lower main surface of the electrolyte member 3 and the second electrode 5 on the upper main surface are formed by hot pressing a carbon electrode with catalyst fine particles such as platinum or platinum-ruthenium onto the electrolyte member 3, or And a method of applying or transferring a mixture of a carbon electrode material with catalyst fine particles such as platinum or platinum-ruthenium and a solution in which an electrolyte material is dispersed onto an electrolyte.
[0041]
The fuel cell container 2 of the present invention includes a base 6 having a concave portion and a lid 7, has a role of mounting the electrolyte member 3 inside the concave portion, and hermetically sealing the same.2O3) Sintered body / Mullite (3Al2O3・ 2SiO2) Sintered body, silicon carbide (SiC) based sintered body, aluminum nitride (AlN) based sintered body, silicon nitride (Si3N4) It is formed of a ceramic material such as a sintered compact or a glass-ceramic sintered compact.
[0042]
The glass-ceramic sintered body is composed of a glass component and a filler component.2-B2O3System, SiO2-B2O3-Al2O3System, SiO2-B2O3-Al2O3-MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO2-Al2O3-M1OM2O type (however, M1And M2Represent the same or different Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO2-B2O3-Al2O3-M1OM2O type (however, M1And M2Is the same as above), SiO2-B2O3-M3 2O type (however, M3Represents Li, Na or K), SiO2-B2O3-Al2O3-M3 2O type (however, M3Is the same as described above), Pb-based glass, Bi-based glass and the like.
[0043]
As the filler component, for example, Al2O3, SiO2, ZrO2Oxide of TiO2 and alkaline earth metal oxide, TiO2Oxide of aluminum and alkaline earth metal oxide, Al2O3And SiO2And complex oxides containing at least one selected from the group consisting of spinel, mullite, cordierite, and the like.
[0044]
The fuel cell container 2 includes a base 6 having a concave portion and a lid 7. The lid 6 is attached around the concave portion of the base 6 so as to cover the concave portion and hermetically seal the concave portion. Bonding with a metal bonding material such as iron or silver solder, bonding with a resin material such as epoxy, bonding a seal ring made of an iron alloy or the like to the upper surface around the recess, and using seam welding, electron beam, laser, etc. The lid 7 is attached to the base 6 by a welding method or the like. Note that a recess similar to the base 6 may be formed in the lid 7.
[0045]
In order to reduce the thickness of each of the base 6 and the lid 7 and enable the height of the fuel cell 1 of the present invention to be reduced, the bending strength, which is a mechanical strength, is preferably 200 MPa or more.
[0046]
The base 6 and the lid 7 are preferably formed of a dense aluminum oxide sintered body having a relative density of, for example, 95% or more. In that case, for example, first, a rare earth oxide powder or a sintering aid is added to and mixed with the aluminum oxide powder to prepare a raw material powder of the aluminum oxide-based sintered body. Next, an organic binder and a dispersion medium are added to and mixed with the raw material powder of the aluminum oxide-based sintered body to form a paste, and the paste is added to the raw material powder by a doctor blade method, or an organic binder is added thereto. Thus, a green sheet having a predetermined thickness is produced. Then, through-holes as the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9 as well as the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor are formed on the green sheet by punching using a die, microdrilling, laser or the like. A through hole for arranging 11 is formed.
[0047]
Further, in the fuel cell 1 and the fuel cell container 2 of the present invention, a heat insulating layer 12 is formed on at least one of a portion of the base 6 below the concave portion and a portion of the lid 7 located above the concave portion. In this example, a heat insulating layer 12 is formed on both sides, and the heat insulating layer 12 of the base 6 is formed over substantially the entire inside of the base 6 below the first fluid flow path 8 below the concave portion. The heat insulating layer 12 is formed over substantially the entire inside of the lid 7 so that the second fluid flow path 9 penetrates the heat insulating layer 12. When the heat insulating layer 12 is formed in this manner, since the heat insulating layer 12 is disposed to face the main surface of the electrolyte member 3, heat generated by the chemical reaction is blocked by the heat insulating layer 12, and the outer surface of the fuel cell container 2 is heated to a high temperature. It is easy to suppress the occurrence of such a phenomenon, and furthermore, the temperature of the electrolyte member 3 can be kept optimal, which is effective in increasing the efficiency of the chemical reaction. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell 1 can be increased, so that the size of the electrolyte member 3 can be reduced for an arbitrary output, and the fuel which is excellent in portability and contributes to downsizing and low profile. It becomes battery 1. Further, the heat insulating layer 12 may be provided on a portion located on the side surface of the concave portion of the base 6 and a portion located on the side surface of the lid 7.
[0048]
When the heat insulating layer 12 made of porous ceramics is formed, the porous green sheet is used as a predetermined layer in the green sheet laminate that becomes the base 6 or the lid 7 made of the raw material powder of the aluminum oxide sintered body. It can be formed by laminating and firing. In order to produce a porous green sheet, for example, an aggregate made of fused alumina and fused mullite having a particle size of 10 to 150 μm is used, and fused alumina, sintered alumina and fused mullite in the aggregate are used. In the alumina-mullite-based porous green sheet obtained using 50 to 85% by mass of the aggregate and 15 to 50% by mass of the binder,2O3: 85 to 95% by mass and SiO2: 5 to 15% by mass and unavoidable impurities. Then, an organic binder, an organic solvent, a plasticizer, and the like are added to a predetermined amount of aggregate, and a rare earth oxide powder and a sintering aid are added to and mixed with the porous ceramic powder to form a slurry. The euphoric green sheet may be formed by employing a doctor blade method or a calendar roll method. Then, the alumina-mullite porous green sheet is punched into a desired shape by a die punch, a micro drill, a laser, or the like, and then a green sheet made of a raw material powder of an aluminum oxide sintered body is laminated. What is necessary is just to laminate | stack and bake so that it may become a predetermined layer in a body.
[0049]
In the case of forming the heat insulating layer 12 made of a porous ceramic as a sintered body, for example, a paste containing glass is applied as a glass bond layer to a predetermined portion of the sintered alumina / mullite porous ceramic. Then, the laminate may be bonded to a predetermined layer of the aluminum oxide sintered body and heat-treated at a temperature of 300 to 500 ° C. in a reducing atmosphere to form the laminate. Alternatively, an adhesive made of a high heat-resistant epoxy resin or a polyimide resin is applied to a predetermined portion of a sintered body of alumina / mullite porous ceramics and bonded to a predetermined layer of an aluminum oxide-based sintered body. Good.
[0050]
In the case where the heat insulating layer 12 composed of a hollow portion is formed, a green sheet composed of a raw material powder of an aluminum oxide sintered body is previously punched by a die, microdrilled, laser or the like to a predetermined position and a desired shape. This green sheet may be laminated and fired so as to form a predetermined layer in a green sheet laminate made of raw material powder of the aluminum oxide sintered body. The shape of the hollow portion may be either a round hole or a square hole, and the size and number of the hollow portion are larger and larger, the more effective the heat insulating layer 12 is. It is necessary to design in consideration of the problem of the strength of the container 2.
[0051]
Such a heat insulating layer 12 is disposed at a position located between the fluid flow paths 8.9 and the outer surfaces of the base 6 and the lid 7, and preferably has a thickness of 0.1 mm or more. If the thickness is less than 0.1 mm, the effect of restricting heat conduction in the heat insulating layer 12 tends to be insufficient, and it tends to be difficult to prevent the outer surface of the fuel cell 1 from becoming high temperature. On the other hand, when the thickness exceeds 5 mm, it is difficult to reduce the thickness and height, and thus the fuel cell 1 is unsuitable for being mounted on a small portable device. In addition, the temperature distribution generated when the electrolyte member 3 generates electric power tends to increase in the center of the main surface of the electrolyte member 3. Therefore, when the heat insulating layer 12 is a hollow portion, the temperature distribution of the electrolyte member 3 It is preferable to provide the heat insulating layer 12 in such a manner that the size and the number (opening ratio) of the hollow portion facing the central portion of the main surface are increased or the thickness of the hollow portion is increased. And the temperature distribution of the electrolyte member 3 can be adjusted.
[0052]
The first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are preferably formed of tungsten, molybdenum, or an alloy thereof to prevent oxidation. In that case, for example, for 100 parts by mass of tungsten or molybdenum powder as an inorganic component, Al2O33 to 20 parts by mass, Nb2O5Is added at a ratio of 0.5 to 5 parts by mass to prepare a conductor paste. This conductive paste is filled into the through holes of the green sheet to form via conductors as through conductors.
[0053]
In these conductor pastes, in order to enhance the adhesion of the base 6 and the lid 7 to the ceramics, aluminum oxide powder or the same composition powder as the ceramic component forming the base 6 or the lid 7 is used, for example. It is also possible to add 0.05 to 2% by volume.
[0054]
The formation of the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 on the surface layer and the inner layer of the base 6 and the lid 7 is performed before and after or simultaneously with the formation of the via conductor by filling the through-hole with the conductive paste. The conductive paste is formed by printing and applying a predetermined pattern on the green sheet by a method such as screen printing or gravure printing.
[0055]
Then, after a predetermined number of sheet-shaped molded bodies filled with printed and filled conductor paste are laminated and pressure-bonded, the laminated body is heated, for example, in a non-oxidizing atmosphere at a maximum firing temperature of 1200 to 1500 ° C. To obtain the desired ceramic base 6, lid 7, first wiring conductor 10, and second wiring conductor 11.
[0056]
Further, it is preferable that the thickness of the base 6 and the lid 7 made of ceramics be 0.2 mm or more. If the thickness is less than 0.2 mm, the strength tends to be insufficient, so that the stress generated when the cover 7 is attached to the base 6 tends to easily cause cracks and the like in the base 6 and the cover 7. . On the other hand, if the thickness exceeds 5 mm, it becomes difficult to reduce the thickness and height of the electrolyte member 3 because it is difficult to reduce the thickness and height of the electrolyte member 3. There is a tendency that it is difficult to quickly set an appropriate temperature corresponding to the condition.
[0057]
The first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are electrically connected to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3 respectively, and the electric current generated by the electrolyte member 3 is supplied to the fuel cell container 2. Functions as a conductive path for taking out to the outside.
[0058]
The first wiring conductor 10 is preferably in contact with the periphery of the opening of the first fluid flow path 8 facing the first electrode 4 of the electrolyte member 3 on the bottom surface of the concave portion of the base 6, preferably the first electrode 4 of the electrolyte member 3. One end is provided on the entire surface of the part, and the other end is formed to be led out to the outer surface (side surface in the example shown in FIG. 1) of the base 6. Thus, the entire surface of the main surface of the first electrode 4 of the electrolyte member 3 except for the portion facing the opening of the first fluid flow path 8 can be brought into contact with the first wiring conductor 10 and directly connected. Since the contact area between the first electrode 4 of the electrolyte member 3 and the first wiring conductor 10 can be increased, it is possible to effectively suppress an increase in electrical resistance and poor contact, and to provide a fuel cell having high power generation efficiency. Can be provided. Such a first wiring conductor 10 is formed integrally with the base 6 as described above, and is at least 10 μm from the bottom surface of the concave portion of the base 6 so that the first wiring conductor 10 can be easily brought into contact with the first electrode 4. It is desirable to form it to be high. In order to obtain this height, the printing conditions may be set to be thick when the conductive paste is formed by printing and applying as described above. Further, a plurality of first wiring conductors 10 may be arranged so as to face the first electrode 4 so as to reduce the electric loss due to the first wiring conductors 10. It is preferable that the diameter be 50 μm or more.
[0059]
In addition, the second wiring conductor 11 preferably contacts the second electrode 5 of the electrolyte member 3 around the opening of the second fluid flow path 9 facing the second electrode 5 of the electrolyte member 3 on the lower surface of the lid 7. One end is disposed on the entire surface of the portion to be formed, and the other end is formed to be led out to the outer surface (side surface in the example shown in FIG. 1) of the lid 7. Thus, the entire area of the main surface of the second electrode 5 of the electrolyte member 3 except for the area facing the opening of the second fluid flow path 9 can be brought into contact with the second wiring conductor 11 to be directly connected. Since the contact area between the second electrode 5 of the electrolyte member 3 and the second wiring conductor 11 can be increased, it is possible to effectively suppress an increase in electrical resistance and poor contact, and to provide a fuel cell having high power generation efficiency. Can be provided. Like the first wiring conductor 10, such a second wiring conductor 11 is also formed integrally with the lid 7, and is formed on the lid 7 so that the second wiring conductor 11 can be easily brought into contact with the second electrode 5. It is desirable to form the recess so as to be at least 10 μm higher than the bottom surface. In order to obtain this height, the printing conditions may be set to be thick when the conductive paste is formed by printing and applying as described above. Further, a plurality of second wiring conductors 11 may be arranged so as to face the second electrode 5 so as to reduce the electric loss due to the second wiring conductors 11. Preferably has a diameter of 50 μm or more.
[0060]
The first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are coated with a metal having good conductivity and good corrosion resistance and good wettability with a brazing material by a plating method. In other words, it is possible to improve the electrical connection between the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 and the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 and the external electric circuit. Accordingly, the first wiring conductor 10 and the second wiring conductor 11 are formed by depositing a metal of good conductivity made of nickel, having good corrosion resistance and good wettability with the brazing material on the exposed surface by plating. Preferably.
[0061]
The electrical connection between the first and second wiring conductors 10 and 11 and the first and second electrodes 4 and 5 is performed by sandwiching the electrolyte member 3 between the base 6 and the cover 7. The second wiring conductors 10 and 11 and the first and second electrodes 4 and 5 may be brought into pressure contact with each other to electrically connect them.
[0062]
Further, a first fluid flow path 8 and a second fluid flow path 9 are arranged on the bottom surface of the concave portion of the base 6 facing the first electrode 4 and the second electrode 5 and on the lower surface of the lid 7, respectively. The one fluid channel 8 is formed over the outer surface of the base 6, and the second fluid channel 9 is formed over the outer surface of the lid 7. These first and second fluid flow paths 8 and 9 are respectively formed by through holes or grooves formed in the base 6 and the lid 7 so that a fuel gas such as a hydrogen-rich reformed gas or an oxidizing gas such as oxygen or air or the like is formed. It is provided as a passage for a fluid supplied to the electrolyte member 3 or as a passage for a fluid such as water or carbon dioxide generated by the reaction, which is discharged from the electrolyte member 3 after the reaction.
[0063]
The through-holes or grooves formed in the base 6 and the lid 7 as the first fluid flow path 8 and the second fluid flow path 9 are such that a fluid such as a fuel gas or an oxidizing gas is uniformly supplied to the electrolyte member 3. The diameter and number of the through holes or the width, depth, and arrangement of the grooves may be determined according to the specifications of the fuel cell 1.
[0064]
In the fuel cell container 2 and the fuel cell 1 of the present invention, the first fluid passage 8 and the second fluid passage 9 preferably have a diameter of φ0.1 mm in order to allow the fluid to flow through the electrolyte member 3 at a uniform pressure. When the above-mentioned hole diameters and intervals are made constant, or when a groove is formed, it is preferable to arrange them so that the width is 0.5 mm or more and the depth is 0.2 mm or more.
[0065]
As described above, the first fluid flow path 8 is opposed to the lower main surface on which the first electrode 4 of the electrolyte member 3 is formed, and the second fluid flow path 8 is opposed to the upper main surface on which the second electrode 5 is formed. By forming the passage 9, fluid can be exchanged between the lower and upper main surfaces of the electrolyte member 3 and the first and second fluid passages 8, 9, and the fluid can be supplied through the respective passages. Will be discharged. If, for example, gas is supplied as a fluid, the partial pressure of gas supplied to the first electrode 4 and the second electrode 5 of the electrolyte member 3 can be prevented from decreasing, and a predetermined stable output voltage can be obtained. Can be obtained. Further, since the supplied gas partial pressure is stabilized, the internal pressure of the fuel cell 1 is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member 3 can be suppressed, so that the reliability of the fuel cell 1 is improved. Can be done.
[0066]
Further, the heat insulating layer 12 is formed on at least one of a portion below the concave portion of the base 6 and a portion of the lid body located above the concave portion so as to surround the lower main surface or the upper main surface of the electrolyte member 3. ing. The pattern of the heat insulating layer 12 may be formed in a bottom plate around the opening of the first fluid flow path 8 on the bottom surface of the concave portion of the base 6 and around the connection portion 13, or may be formed in the second fluid flow path 9 in the lid 7. May be formed around the opening, and various patterns can be formed as long as the pattern can uniformly insulate heat generated by the electrochemical reaction in the electrolyte member 3 as shown in FIG.
[0067]
With the above configuration, a compact and robust fuel cell container 2 of the present invention capable of storing the electrolyte member 3 as shown in FIG. 1 is obtained, and the fuel cell 1 of the present invention capable of highly efficient control is obtained. Can be
[0068]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes may be made without departing from the scope of the present invention. For example, although not shown, a heating element may be formed between the electrolyte member 3 and the heat insulating layer 12. As a method for forming the heating element, gold, silver, palladium, platinum group metals or alloys thereof, and high melting point metals such as tungsten, titanium, titanium nitride, nickel and the like can be used. Further, a power supply unit (not shown) made of a material such as gold, silver, palladium, or platinum is formed on the heating element, and conduction is ensured by pressing a conductive terminal into contact with the power supply unit. I have. Thereby, when the temperature of the electrolyte member 3 is changed, or when the temperature of the electrolyte member 3 fluctuates, by controlling the amount of current supplied to the power supply portion of the heating element, temperature unevenness occurs in the electrolyte member 3. And the temperature distribution of the electrolyte member 3 can be made uniform. Furthermore, the temperature rise up to the operating temperature can be shortened in a short time, the temperature control of the electrolyte member 3 can be performed more efficiently, and the compactness required for mounting the fuel cell 1 in a portable electronic device is reduced. It is easy and safe.
[0069]
FIG. 2 is a cross-sectional view of another embodiment of the fuel cell container and the fuel cell using the same according to the present invention. As shown in FIG. 3 and the third wiring conductor 15 is disposed between the ends of the adjacent concave portions, and the space between the first electrodes 4 of the plurality of electrolyte members 3 or between the first electrodes 4 and the second electrodes 5 is provided. The first wiring conductor 10 ′ and the second wiring conductor 11 ′ are electrically connected to each other so as to be electrically connected and to take out the output as a whole from the electrolyte members 3 arranged at the positions at both ends. Is also good. According to this, since wiring can be freely performed three-dimensionally by the first to third wiring conductors 10 ′, 11 ′, and 15, it is possible to arbitrarily connect a plurality of electrolyte members 3 in series or in parallel. . As a result, the entire output voltage and output current can be adjusted efficiently, so that the fuel cell container 2 ′ can take out the electricity generated electrochemically by the electrolyte member 3 to the outside. And the fuel cell 1 '.
[0070]
【The invention's effect】
According to the fuel cell container of the present invention, a base made of ceramics having a concave portion for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on a lower side and an upper main surface, respectively, and a periphery of the concave portion of the substrate. Since it has a lid attached to the upper surface so as to cover the concave portion and hermetically seals the concave portion, by sealing the inside of the fuel cell container airtightly, leakage of fluid such as gas can be prevented. In addition, since there is no need to provide a container such as a package in addition to this container, it is possible to obtain a fuel cell that can be operated efficiently, and it is also effective for downsizing. Further, since a plurality of electrolyte members can be housed in a box formed by a ceramic base having a recess on the upper surface and a lid sealing the recess, a fuel cell can be obtained. It is not exposed to the outside and is not damaged, and the mechanical reliability of the fuel cell as a whole is improved. Further, unnecessary electrical contact with the electrolyte member itself is avoided in addition to the first and second wiring conductors each having one end disposed inside the container formed by the concave portion and the lid, so that reliability and safety are improved. And a fuel cell having a high fuel cell density. Further, by using ceramics as a constituent material of the fuel cell container, it is possible to obtain a fuel cell having excellent corrosion resistance to various gases and other fluids.
[0071]
A first fluid flow path formed from the bottom surface of the concave portion facing the lower main surface of the electrolyte member to the outer surface of the base; and a first fluid flow channel formed from the lower surface of the lid facing the upper main surface of the electrolyte member to the outer surface of the lid. Since the plurality of fluid flow paths are provided on the inner wall surfaces facing each other with the electrolyte member interposed therebetween, the fluid supplied to the electrolyte member is provided. Can be more uniformly supplied. According to such a fluid path, since the fluid flows perpendicular to the electrolyte member, for example, when the fluid is a hydrogen gas and an air (oxygen) gas, the electrolyte member has the lower and upper main surfaces, respectively. The partial pressure of each gas supplied to the first and second electrodes does not decrease, and there is an effect that a predetermined stable output voltage can be obtained. Further, since the pressure of the supplied fluid, for example, the gas partial pressure is stabilized, the distribution of the internal temperature of the fuel cell container is made uniform, and as a result, the thermal stress generated in the electrolyte member can be suppressed. Reliability can be improved.
[0072]
Furthermore, since each fluid flow path is formed in the base and the lid, each flow path is excellent in hermeticity and two kinds of material fluids (for example, oxygen gas and hydrogen Gas or methanol) does not cause the fuel cell to lose its function, and there is no danger of ignition or explosion after the flammable fluid is mixed at a high temperature. Thus, a safe fuel cell can be provided.
[0073]
In addition, by providing a heat insulating layer formed on at least one of a portion below the bottom surface of the concave portion and a portion of the lid body located above the concave portion, the heat insulating layer is provided in a region close to the electrolyte member. Therefore, the temperature of the electrolyte member and the electrode can be maintained at desired temperatures, the temperature of the outer wall of the fuel cell container can be suppressed from becoming high, and the variation in the temperature distribution of the electrolyte member can be effectively suppressed. Therefore, even when the temperature of the electrolyte member becomes high, the heat transfer to the outer surface of the fuel cell container is suppressed by the heat insulating layer, so that even when the fuel cell touches the skin or the like, a burn or the like is generated. There is no such high temperature. Further, it is possible to reduce the variation in the power generation efficiency between the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell, and it is possible to suppress the generation of power generation unevenness of each electrode. Further, the temperature difference between each electrode located near the end of the fuel cell and each electrode located at the center is eliminated, and the temperature of each electrode located at the end is relative to the temperature of each electrode located at the center. Therefore, it is possible to suppress deterioration of efficiency such as power generation due to excessive humidification.
[0074]
Further, for efficient chemical reaction, it is preferable to raise the temperature of the electrolyte member to approximately 80 to 100 ° C. However, according to the fuel cell container of the present invention, the fuel cell container is provided with the heat insulating layer as described above. Therefore, an additional device for raising the temperature of the fuel is not required, the temperature of the electrolyte member can be kept optimal, and the efficiency of the chemical reaction can be increased. In particular, in a fuel cell of a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol directly as a fuel, the electrolyte member is easily cooled by the supplied fuel. Is particularly effective in maintaining the temperature of the electrolyte member, and furthermore, a fuel cell container excellent in miniaturization and portability.
[0075]
Further, if water generated by the chemical reaction formula (2) stays at the air electrode at the porous electrode, the supply of air is obstructed, and the efficiency of the chemical reaction is reduced. According to the fuel cell container, the liquefaction of the generated water vapor in the fuel cell can be suppressed by the heat insulating layer, whereby it is possible to suppress a decrease in efficiency.
[0076]
Further, according to the fuel cell container of the present invention, it is preferable that the heat insulating layer is made of porous ceramics. When the heat-insulating layer is made of porous ceramics, the porous ceramics has many fine cavities inside, so it functions as a heat-insulating layer with a good heat-retaining effect, and the outer surface of the fuel cell container is heated to a high temperature. Therefore, even if the electrolyte member becomes hot, even if the fuel cell container comes in contact with the skin or the like, it does not cause a burn or the like, and the variation in the temperature distribution of the electrolyte member is reduced. It is preferable to be able to effectively suppress the variation in power generation efficiency between the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell, and to reduce the occurrence of power generation unevenness of each electrode. Become.
[0077]
Further, according to the fuel cell container of the present invention, it is preferable that the heat insulating layer is formed of a hollow portion. When the heat insulating layer is formed of a hollow portion, the hollow portion has a hollow inside, so that the hollow portion functions as a heat insulating layer having a good heat retaining effect, and it is possible to prevent the outer surface of the fuel cell container from becoming hot. Therefore, even when the temperature of the electrolyte member becomes high, even when the fuel cell container comes in contact with the skin or the like, a burn or the like does not occur, and the variation in the temperature distribution of the electrolyte member can be effectively suppressed. This makes it possible to reduce the variation in power generation efficiency between the fuel electrode and the air electrode in the fuel cell, and to suppress generation of power generation unevenness of each electrode.
[0078]
According to the fuel cell of the present invention, the electrolyte member is housed in the recess of the fuel cell container of the present invention, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are placed between the first and second fluid flow paths. And the first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors respectively, and the upper surface around the concave portion of the base body is covered with the concave portion to cover the concave portion. Since it is attached, the fuel cell container of the present invention has the above-mentioned features of the fuel cell container, and is compact, robust, capable of suppressing heat radiation to the outside, and is capable of uniformly supplying gas and a fuel cell container. It is possible to obtain a reliable fuel cell capable of achieving uniform temperature gradient in the inside, highly efficient electric connection, and highly efficient power generation.
[0079]
Therefore, according to the fuel cell container and the fuel cell of the present invention, they are excellent in compactness, simplicity, and safety, and operate stably for a long period of time by uniform supply of fluid, highly efficient electrical connection, and highly efficient power generation. Thus, a fuel cell that can be operated can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell container of the present invention and a fuel cell of the present invention using the same.
FIG. 2 is a sectional view showing another example of the embodiment of the fuel cell container of the present invention and the fuel cell of the present invention using the same.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
1, 1 ': fuel cell
2, 2 ': Container for fuel cell
3: Electrolyte member
4: First electrode
5: Second electrode
6, 6 ': substrate
7, 7 ': lid
8, 8 ': first fluid flow path
9, 9 ': second fluid flow path
10, 10 ': first wiring conductor
11, 11 ': second wiring conductor
12, 12 ': heat insulating layer
13: Connecting part
14: Introduction
15: Third wiring conductor

Claims (4)

下側および上側主面にそれぞれ第１および第２電極を有する電解質部材を収容する凹部を上面に有するセラミックスから成る基体と、前記電解質部材の前記下側主面に対向する前記凹部の底面から前記基体の外面にかけて形成された第１流体流路と、前記電解質部材の前記第１電極に対向する前記凹部の底面に一端が配設され、他端が前記基体の外面に導出された第１配線導体と、前記基体の前記凹部の周囲の上面に前記凹部を覆って取着される、前記凹部を気密に封止する蓋体と、前記電解質部材の前記上側主面に対向する前記蓋体の下面から前記蓋体の外面にかけて形成された第２流体流路と、前記電解質部材の前記第２電極に対向する前記蓋体の下面に一端が配設され、他端が前記蓋体の外面に導出された第２配線導体と、前記基体の前記凹部の下方の部位および前記蓋体の前記凹部の上方に位置する部位の少なくとも一方に形成された断熱層とを具備することを特徴とする燃料電池用容器。A base made of ceramics having a concave portion on its upper surface for accommodating an electrolyte member having first and second electrodes on the lower and upper main surfaces, and a bottom surface of the concave portion facing the lower main surface of the electrolyte member; A first fluid flow path formed over the outer surface of the base; and a first wiring having one end disposed on the bottom surface of the concave portion of the electrolyte member facing the first electrode and the other end led out to the outer surface of the base. A conductor, a lid attached to the upper surface around the recess of the base so as to cover the recess, and hermetically sealing the recess; and a lid facing the upper main surface of the electrolyte member. A second fluid flow path formed from the lower surface to the outer surface of the lid, and one end is disposed on the lower surface of the lid facing the second electrode of the electrolyte member, and the other end is disposed on the outer surface of the lid. The derived second wiring conductor and the base Serial recess beneath the portion and the fuel cell container, characterized in that it comprises a thermal insulating layer formed on at least one portion located above the recess of the lid. 前記断熱層は、多孔質セラミックスから成ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用容器。The fuel cell container according to claim 1, wherein the heat insulating layer is made of a porous ceramic. 前記断熱層は、中空部から成ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用容器。The fuel cell container according to claim 1, wherein the heat insulating layer is formed of a hollow portion. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池用容器の前記凹部に電解質部材を収容して、該電解質部材の前記下側および上側主面を前記第１および第２流体流路との間でそれぞれの流体がやりとり可能なように配置するとともに、前記第１および第２電極を前記第１および第２配線導体にそれぞれ電気的に接続し、前記基体の前記凹部の周囲の上面に前記凹部を覆って前記蓋体を取着して成ることを特徴とする燃料電池。An electrolyte member is accommodated in the recess of the fuel cell container according to any one of claims 1 to 3, and the lower and upper main surfaces of the electrolyte member are connected to the first and second fluid flow paths. And the first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors, respectively, so that the first and second electrodes are electrically connected to the first and second wiring conductors. A fuel cell, wherein the lid is attached so as to cover the recess.
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