コラム型燃料電池、その直列デバイス及びそのスタック
【課題】コラム電極、第１の触媒層、１つまたは複数の溝、電解質層、第２の触媒層、及びリング電極を備えるコラム型燃料電池を提供すること。
【解決手段】コラム電極と、第１の触媒層と、１つまたは複数の溝と、電解質層と、第２の触媒層と、リング電極とを含むコラム型燃料電池が提供される。コラム電極の周囲表面には複数の突出するブロックがある。第１の触媒層は柱を形成するためにコラム電極の周囲表面上にあり、柱の２つの端部を通過する溝を形成するために突出するブロックに接続される。第１の触媒層は電解質層で覆われ、電解質層は第２の触媒層で覆われ、第２の触媒層はリング電極で覆われている。
【解決手段】コラム電極と、第１の触媒層と、１つまたは複数の溝と、電解質層と、第２の触媒層と、リング電極とを含むコラム型燃料電池が提供される。コラム電極の周囲表面には複数の突出するブロックがある。第１の触媒層は柱を形成するためにコラム電極の周囲表面上にあり、柱の２つの端部を通過する溝を形成するために突出するブロックに接続される。第１の触媒層は電解質層で覆われ、電解質層は第２の触媒層で覆われ、第２の触媒層はリング電極で覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、さらに詳細にはコラム型燃料電池、その直列デバイス及びそのスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学プロセスを介して液体燃料を電力に変換するための電源デバイスである。従来の電源と比較して、燃料電池は低汚染、低騒音、高エネルギー密度、高エネルギー変換効率等の優位点を有する。燃料電池はクリーンな電源に対する優れた開発展望を有している。燃料電池は国内の電力系統、電子製品、輸送、軍装備品、宇宙産業等に幅広く応用されている。
【０００３】
燃料電池は、一般的には複数の基本的なユニットから形成されている。それぞれの基本ユニットはほとんど電圧を提供しないため、使用中、多くの基本ユニットは十分な動作電圧を提供するために直列で接続される。
【０００４】
従来の燃料電池の大部分は平板的構造である。前記平板的構造の２つの表面が、それぞれ燃料電池の陰極と陽極である。構造中で、電解質膜の２つの表面が電極、つまりそれぞれ、燃料極と酸化剤電極に接続されている。燃料極には水素が提供され、酸素または空気が酸化剤電極に提供され、それによって電気化学反応により電力を供給する。
【０００５】
固体高分子燃料電池の一例として、それは固体高分子電解質膜であるプロトン交換膜と、触媒層と、電流コレクタを含む。前記触媒層は、プロトン交換膜とガス拡散層の表面に配置される触媒層で形成されている。触媒層は触媒の炭素粒子と、前記固体高分子電解質の混合物で形成され、ガス拡散層は燃料と酸化ガス提供し、分散するための多孔質材で形成される。電流コレクタは炭素または金属から作られる導電性シートで形成される。
【０００６】
燃料電池ユニットの電圧は多くても１．２３Ｖである。多くのポータブル電子デバイスは約１．５Ｖから４Ｖという入力電圧で動作する。したがって、燃料電池ユニットは、電池の電圧を改善するために直列で接続されなければならない。
【０００７】
一般的には、共通バッテリーは、その端部のそれぞれがそれぞれ陰極と陽極であるコラム型電池である。電子デバイスは、共通バッテリーに代わる燃料電池によって駆動されると、電子デバイスのバッテリー結合を変更する、あるいは多くの燃料電池ユニットを直列で接続するかのどちらかで、電子デバイスに対応するバッテリー結合を形成することを必要とする。
【０００８】
したがって、燃料電池の構造設計には依然として改善がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、コラム型燃料電池、その直列デバイス、及びそのスタックを提供することにより従来の技術に存在する多様な問題と制限を解決するために、従来の技術の問題を克服する。
【００１０】
したがって、本発明の主な目的は、コラム電極、第１の触媒層、１つまたは複数の溝、電解質層、第２の触媒層、及びリング電極を備えるコラム型燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
コラム電極の周囲表面には複数の突出するブロックがある。第１の触媒層はコラム電極の周囲表面に配置され、柱を形成するために突出するブロックに接続されている。したがって、溝は第１の触媒層とコラム電極の間に形成される。溝は柱の２つの端部を通過する。第１の触媒層は電解質層で覆われ、電解質層は第２の触媒層で覆われ、第２の触媒層はリング電極で覆われている。
【００１２】
コラム電極は中空ではない柱、または中空の柱である場合がある。
【００１３】
突出するブロックの上面は少なくとも１つの割れ目構造を含み、それによってコラム電極と第１の触媒層の間の接触面積を拡大する。
【００１４】
コラム型燃料電池を接続し、コラム型燃料電池スタックを形成するための直列デバイスは導電性と燃料の直列接続を達成するために、多くの貫通穴を備える。
【００１５】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、コラム型燃料電池であって、複数の突出するブロックを有する１つの周囲表面を含むコラム電極と、前記コラム電極の前記周囲表面に配置され、前記突出するブロックに接続され、柱を形成するための第１の触媒層と、前記柱の２つの端部を通過するための、前記コラム型電極と前記第１の触媒層の間に配置される少なくとも１つの溝と、前記第１の触媒層に配置される電解質層と、前記電解質層に配置される第２の触媒層と、前記第２の触媒層に配置されるリング電極と、を備えるコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１６】
また、本願の請求項２に記載の発明は、前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１７】
また、本願の請求項３に記載の発明は、前記コラム電極が中空の柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１８】
また、本願の請求項４に記載の発明は、前記柱の一方の端部から他方に伸張する、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１９】
また、本願の請求項５に記載の発明は、前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造（Ｖｅｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２０】
また、本願の請求項６に記載の発明は、前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、はしご様構造からなるグループから選択される請求項５に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２１】
また、本願の請求項７に記載の発明は、前記第１の触媒層が、前記コラム電極を有する前記溝を形成するために、前記コラム電極の前記周囲表面に配置される拡散層と、前記分散層と前記電解質層の間に配置される触媒層と、を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２２】
また、本願の請求項８に記載の発明は、前記第２の触媒層が、前記電解質層に配置される触媒層と、 前記触媒層と前記リング電極の間に配置される拡散層と、を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２３】
また、本願の請求項９に記載の発明は、底部が複数の第１の貫通穴を有する導電性キャップと、 前記導電性キャップの前記底部の内面に配置され、前記第１の貫通穴に接続される複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、前記導電性キャップの前記底部の外面に配置される絶縁リングと、を備える燃料電池の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２４】
また、本願の請求項１０に記載の発明は、前記導電性キャップの前記底部が突出する突き出したセクションを備える請求項９に記載の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２５】
また、本願の請求項１１に記載の発明は、前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１０に記載の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２６】
また、本願の請求項１２に記載の発明は、第１の表面と、第２の表面と、前記第１の表面に配置される突き出したセクションと、前記導電性シートを通過し、前記突き出したセクションの前記端縁に沿って配置される複数の第１の貫通穴と、を備える導電性シートと、前記第２の表面に配置され、前記第１の貫通穴に対応する複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、前記導電性シートと前記絶縁シートの端縁に接続される固定セクションと、前記固定セクションに接続される直列接続セクションと、を備える導電性リングと、前記第１の表面を覆い、前記突出したセクションと前記第１の貫通穴を露営する絶縁リングと、を備える燃料電池の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２７】
また、本願の請求項１３に記載の発明は、前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに位置する請求項１２に記載の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２８】
また、本願の請求項１４に記載の発明は、第１の柱である第１の燃料電池であって、前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の前記端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第１の燃料電池と、第２の柱であり、前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方の端部に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第２の燃料電池と、前記第１の燃料電池のコラム電極に端縁が接続され、底部の外面が前記第２の燃料電池の前記コラム電極に接続される導電性キャップと、前記導電性キャップと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁シートと、前記導電性キャップの前記底部に配置され、前記第２の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、前記絶縁シートに配置され、前記第１の貫通穴と前記第１の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、前記導電性キャップと前記第２の燃料電池を接続するための絶縁リングと、を備える直列デバイスと、を備えるコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００２９】
また、本願の請求項１５に記載の発明は、前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３０】
また、本願の請求項１６に記載の発明は、前記コラム電極が中空の柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３１】
また、本願の請求項１７に記載の発明は、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３２】
また、本願の請求項１８に記載の発明は、前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３３】
また、本願の請求項１９に記載の発明は、前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項１８に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３４】
また、本願の請求項２０に記載の発明は、前記絶縁リングが前記第２の燃料電池の前記導電性キャップと前記リング電極を分離する請求項１４のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３５】
また、本願の請求項２１に記載の発明は、前記導電性キャップが突出する突き出したセクションを備える請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３６】
また、本願の請求項２２に記載の発明は、前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３７】
また、本願の請求項２３に記載の発明は、第１の柱であり、前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端部から他方へ伸張し、複数の突出ブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第１の燃料電池と、第２の柱であり、前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第２の燃料電池と、前記第１の燃料電池の前記コラム電極に接続される突き出したセクションと、前記第１の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、を備える導電性シートと、前記導電性シートと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁リングと、前記導電性シートと前記第２の燃料電池の間に配置され、前記第１の貫通穴と前記第２の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、を備える絶縁シートと、前記導電性シート、前記絶縁シートの端縁、及び前記第２の燃料電池の前記リング電極に接続される導電性リングと、を備える直列デバイスと、を備えるコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３８】
また、本願の請求項２４に記載の発明は、前記コラム電極が中空ではない柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３９】
また、本願の請求項２５に記載の発明は、前記コラム電極が中空の柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４０】
また、本願の請求項２６に記載の発明は、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４１】
また、本願の請求項２７に記載の発明は、前記突出するブロックが少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４２】
また、本願の請求項２８に記載の発明は、前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項２７に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４３】
また、本願の請求項２９に記載の発明は、前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに配置される請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【発明の効果】
【００４４】
バッテリーの設計では、コラム型燃料電池の長さを制御することによって単一バッテリーの出力電力を決定できる。言い換えると、コラム型燃料電池の長さを伸ばすことによって単一バッテリーの出力電力を促進することを達成できる。さらに、導電性とコラム型燃料電池の燃料の、直列デバイスを使用する直接接続により単一バッテリーの電圧を促進することを達成できる。したがって、製造と組み立てにおいてさらなる柔軟性を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明は、添付図面を参照してその最良な実施形態の詳細な説明を読んだ後に、その目的、特長、及び優位点においてさらに明らかとなる。
【００４６】
本発明の以下の詳細な説明は、以下の図面とともに読まれるときに理解でき、類似する構造は類似する参照数字で示される。
【実施例】
【００４７】
図１、図２、及び図３を参照する。図１から図３は、コラム電極１１０と、第１の触媒層１２０と、１つまたは複数の溝１３０と、電解質層１４０と、第２の触媒層１５０と、リング電極１６０とを備える本発明によるコラム型燃料電池を示している。
【００４８】
コラム電極１１０は、２つの端部及び１つの周囲表面を有するコラム型を提示する。コラム電極１１０の前記周囲表面上には複数の突出するブロック１１２がある。第１の触媒層１２０はコラム電極１１０の周囲表面上に配置され、柱を形成する。第１の触媒層１２０は第１の触媒層１２０とコラム電極１１０の間に溝１３０を形成するために突出するブロック１１２に接続されている。溝１３０は柱の２つの端部を通過する。第１の触媒層１２０は電解質層１４０で覆われ、電解質層１４０は第２の触媒層１５０で覆われ、第２の触媒層１５０はリング電極１６０で覆われている。
【００４９】
柱は（図１に示されるように）円筒、（図２に示されるように）楕円柱、（図３に示されるように）四角柱、三角柱（不図示）または無作為な形状（不図示）である場合がある。
【００５０】
コラム電極は（図４に示されるように）中空ではない柱、または中空の柱である場合がある。つまり（図５に示されるように）そのコアが溝１１４である。
【００５１】
コラム電極１１０の中で突出するブロック１１２は、（図４と図８に示されているように）柱の一方の端部から他方へ直接的にまたは螺旋状に伸張する少なくとも１つのストリップブロックを含むことがある。さらに、突出するブロック１１２は、図６と図７に示されているように無作為な形状の突起である場合もある。
【００５２】
図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃを参照すると、突出するブロック１１２の上面は少なくとも１つの割れ目構造１１３を含み、それによってコラム電極と第１の触媒層の間の接触面積を拡大する。割れ目構造は螺旋形の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり様割れ目構造、はしご様構造、無作為な形状の構造、あるいはその組み合わせである場合がある。
【００５３】
さらに、溝１３０の底部は（図４に示されているように）実質的には平坦である、または（図１０に示されているように）Ｖ字形を呈する、または（図１１に示されているように）Ｕ字形を呈する等のことがある。
【００５４】
図１２を参照すると、第１の触媒層１２０は拡散層１２２と触媒層１２４を含み、第２の触媒層１５０は拡散層１５２と触媒層１５４とを含む。
【００５５】
拡散層１２２はコラム電極１１０の周囲表面に配置され、突出ブロック１１２に接続され、コラム電極１１０で溝１３０を形成する。触媒層１２４は拡散層１２２と電極層１４０の間に配置される。
【００５６】
電解質層１４０は触媒層１５４によって覆われ、拡散層１５２は触媒層１５４とリング電極１６０の間に配置される。
【００５７】
ある実施形態では、コラム電極及びリング電極は、反対の極性の電極である。例えば、コラム電極が陰極であると、リング電極は陽極である。
【００５８】
バッテリーの設計では、それがコラム型燃料電池の長さを制御することによって単一バッテリーの出力電力を決定できる。言い換えると、それはコラム型燃料電池の長さを伸ばすことによって単一バッテリーの出力電力を促進することを達成できる。さらに、それは導電性とコラム型燃料電池の燃料の、直列デバイスを使用する直接接続により単一バッテリーの電圧を促進することを達成できる。したがって、それは製造と組み立てにおいてさらなる柔軟性を提供できる。
【００５９】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｄを参照すること。図１３Ａから図１３Ｄは、コラム型燃料電池スタックを形成し、導電性と燃料の直列接続を達成するためにコラム型燃料電池を接続するための本発明による直列デバイスを示している。直列デバイス２００は、導電性キャップ２１０と、絶縁シート２２０と、絶縁リング２３０とを含む。
【００６０】
絶縁シート２２０と絶縁リング２３０は、それぞれ導電性キャップ２１０の下部の内面及び外面に配置されている。
【００６１】
導電性キャップ２１０の端縁は、第１の柱である第１の燃料電池１０２のコラム電極１１０に接続され、導電性キャップ２１０の底部の外面は、第２の柱である第２の燃料電池１０４のリング電極１６０に接続されている。
【００６２】
図１４Ａと図１４Ｂを参照すると、導電性キャップ２１０の底部は多くの第１の貫通穴２１２を有し、絶縁シート２２０は多くの第２の貫通穴２２２を有する。第２の貫通穴２２２は、第１の貫通穴２１２と連通し、コラム型燃料電池、つまりコラム型燃料電池が直列で接続されているときには第１と第２の燃料電池１０２及び１０４の溝と連通する。
【００６３】
図１５Ａと図１５Ｂを参照すると、導電性キャップ２１０の底部は突出する突き出したセクション２１４を有する。絶縁リング２３０は突き出したセクション２１４に接続されるように設計できる。
【００６４】
図１６Ａと図１６Ｂを参照すると、絶縁シート２２０は突き出したセクション２１４の中に差し込まれるために突き出したセクション２２４を有する。
【００６５】
図１７Ａと図１７Ｂを参照すること。図１７Ａと図１７Ｂは、コラム型燃料電池スタックを形成し、導電性と燃料の直列接続を達成するためにコラム型燃料電池を接続するための、本発明による直列デバイスを示している。直列デバイス３００は、導電性シート３１０、絶縁シート３２０、導電性リング３３０、及び絶縁リング３４０とを含む。
【００６６】
第１の燃料電池１０２、絶縁リング３４０、導電性シート３１０、絶縁シート３２０、導電性リング３３０、及び第２の燃料電池１０４は順番に接続され、第１の燃料電池１０２と第２の燃料電池１０４の導電性と燃料を接続する。
【００６７】
導電性シート３１０の表面の中心は第１の燃料電池１０２のコラム電極１１０に電気的に接続され、導電性シート３１０の端縁は導電性リング３３０に電気的に接続され、導電性リング３３０は第２の燃料電池１０４のリング電極１６０に電気的に接続される。
【００６８】
図１８Ａと図１８Ｂを参照すると、導電性シート３１０は第１の表面３１６と第２の表面３１８、突き出したセクション３１４と複数の第１の貫通穴３１２を有する。
【００６９】
突き出したセクション３１４は第１の表面３１６に配置される。第１の貫通穴３１２は導電性シート３１０を通過し、突き出したセクション３１４の端縁に沿って配置される。
【００７０】
絶縁シート３２０は第２の表面３１８に配置され、第１の貫通穴３１２に対応する複数の第２の貫通穴３２２を有する。
【００７１】
導電性リング３３０は固定セクション３３２と直列接続セクション３３４を含む。
【００７２】
固定セクション３３２は導電性シート３１０と絶縁シート３２０の端縁に接続され、直列接続セクション３３４は固定セクション３３２に接続され、第２の燃料電池１０４のリング電極１６０に接続されるために使用される。
【００７３】
絶縁リング３４０は第１の表面３１６の上に配置される。第１の表面３１６は、突き出したセクション３１４と第１の貫通穴３１２を露営する絶縁リング３４０で覆われている。
【００７４】
第１の貫通穴３１２は、突き出したセクション３１４の端縁の外部に、または突き出したセクション３１４の中に配置されることがある。
【００７５】
開示されている好適実施形態は、本発明を説明するためだけであり、本発明の範囲に対するいかなる制限も加えるためではない。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多様な変型または変更を本発明に加えることができることが当業者にとって明らかとなるであろう。その結果、このようなすべての変型及び変更は添付請求項の保護の範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図３】本発明の第３の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図４】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第１の実施形態を描く三次元図である。
【図５】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第２の実施形態を描く三次元図である。
【図６】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第３の実施形態を描く三次元図である。
【図７】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第４の実施形態を描く三次元図である。
【図８】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第５の実施形態を描く三次元図である。
【図９Ａ】本発明によるコラム型燃料電池において突出するブロックの上面の第１の実施形態を描く部分的な断面図である。
【図９Ｂ】本発明によるコラム型燃料電池において突出するブロックの上面の第２の実施形態を描く部分的な断面図である。
【図９Ｃ】本発明によるコラム型燃料電池において突出するブロックの上面の第３の実施形態を描く部分的な断面図である。
【図１０】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第６の実施形態を描く三次元図である。
【図１１】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第７の実施形態を描く三次元図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図１３Ａ】本発明の第５の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１３Ｂ】本発明の第６の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１３Ｃ】本発明の第７の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１３Ｄ】本発明の第８の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１４Ａ】図１３Ａに示される直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【図１４Ｂ】図１３Ｂに示される直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【図１５Ａ】図１３Ｃに示される直列デバイスの第１の実施形態を描く三次元図である。
【図１５Ｂ】図１３Ｃに示される直列デバイスの第２の実施形態を描く三次元図である。
【図１６Ａ】図１３Ｄに示される直列デバイスの第１の実施形態を描く三次元図である。
【図１６Ｂ】図１３Ｄに示される直列デバイスの第２の実施形態を描く三次元図である。
【図１７Ａ】本発明の第９の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の第１０の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１８Ａ】図１７Ａに示されている直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【図１８Ｂ】図１７Ｂに示されている直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、さらに詳細にはコラム型燃料電池、その直列デバイス及びそのスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学プロセスを介して液体燃料を電力に変換するための電源デバイスである。従来の電源と比較して、燃料電池は低汚染、低騒音、高エネルギー密度、高エネルギー変換効率等の優位点を有する。燃料電池はクリーンな電源に対する優れた開発展望を有している。燃料電池は国内の電力系統、電子製品、輸送、軍装備品、宇宙産業等に幅広く応用されている。
【０００３】
燃料電池は、一般的には複数の基本的なユニットから形成されている。それぞれの基本ユニットはほとんど電圧を提供しないため、使用中、多くの基本ユニットは十分な動作電圧を提供するために直列で接続される。
【０００４】
従来の燃料電池の大部分は平板的構造である。前記平板的構造の２つの表面が、それぞれ燃料電池の陰極と陽極である。構造中で、電解質膜の２つの表面が電極、つまりそれぞれ、燃料極と酸化剤電極に接続されている。燃料極には水素が提供され、酸素または空気が酸化剤電極に提供され、それによって電気化学反応により電力を供給する。
【０００５】
固体高分子燃料電池の一例として、それは固体高分子電解質膜であるプロトン交換膜と、触媒層と、電流コレクタを含む。前記触媒層は、プロトン交換膜とガス拡散層の表面に配置される触媒層で形成されている。触媒層は触媒の炭素粒子と、前記固体高分子電解質の混合物で形成され、ガス拡散層は燃料と酸化ガス提供し、分散するための多孔質材で形成される。電流コレクタは炭素または金属から作られる導電性シートで形成される。
【０００６】
燃料電池ユニットの電圧は多くても１．２３Ｖである。多くのポータブル電子デバイスは約１．５Ｖから４Ｖという入力電圧で動作する。したがって、燃料電池ユニットは、電池の電圧を改善するために直列で接続されなければならない。
【０００７】
一般的には、共通バッテリーは、その端部のそれぞれがそれぞれ陰極と陽極であるコラム型電池である。電子デバイスは、共通バッテリーに代わる燃料電池によって駆動されると、電子デバイスのバッテリー結合を変更する、あるいは多くの燃料電池ユニットを直列で接続するかのどちらかで、電子デバイスに対応するバッテリー結合を形成することを必要とする。
【０００８】
したがって、燃料電池の構造設計には依然として改善がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、コラム型燃料電池、その直列デバイス、及びそのスタックを提供することにより従来の技術に存在する多様な問題と制限を解決するために、従来の技術の問題を克服する。
【００１０】
したがって、本発明の主な目的は、コラム電極、第１の触媒層、１つまたは複数の溝、電解質層、第２の触媒層、及びリング電極を備えるコラム型燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
コラム電極の周囲表面には複数の突出するブロックがある。第１の触媒層はコラム電極の周囲表面に配置され、柱を形成するために突出するブロックに接続されている。したがって、溝は第１の触媒層とコラム電極の間に形成される。溝は柱の２つの端部を通過する。第１の触媒層は電解質層で覆われ、電解質層は第２の触媒層で覆われ、第２の触媒層はリング電極で覆われている。
【００１２】
コラム電極は中空ではない柱、または中空の柱である場合がある。
【００１３】
突出するブロックの上面は少なくとも１つの割れ目構造を含み、それによってコラム電極と第１の触媒層の間の接触面積を拡大する。
【００１４】
コラム型燃料電池を接続し、コラム型燃料電池スタックを形成するための直列デバイスは導電性と燃料の直列接続を達成するために、多くの貫通穴を備える。
【００１５】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、コラム型燃料電池であって、複数の突出するブロックを有する１つの周囲表面を含むコラム電極と、前記コラム電極の前記周囲表面に配置され、前記突出するブロックに接続され、柱を形成するための第１の触媒層と、前記柱の２つの端部を通過するための、前記コラム型電極と前記第１の触媒層の間に配置される少なくとも１つの溝と、前記第１の触媒層に配置される電解質層と、前記電解質層に配置される第２の触媒層と、前記第２の触媒層に配置されるリング電極と、を備えるコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１６】
また、本願の請求項２に記載の発明は、前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１７】
また、本願の請求項３に記載の発明は、前記コラム電極が中空の柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１８】
また、本願の請求項４に記載の発明は、前記柱の一方の端部から他方に伸張する、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００１９】
また、本願の請求項５に記載の発明は、前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造（Ｖｅｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２０】
また、本願の請求項６に記載の発明は、前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、はしご様構造からなるグループから選択される請求項５に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２１】
また、本願の請求項７に記載の発明は、前記第１の触媒層が、前記コラム電極を有する前記溝を形成するために、前記コラム電極の前記周囲表面に配置される拡散層と、前記分散層と前記電解質層の間に配置される触媒層と、を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２２】
また、本願の請求項８に記載の発明は、前記第２の触媒層が、前記電解質層に配置される触媒層と、 前記触媒層と前記リング電極の間に配置される拡散層と、を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池であることを要旨としている。
【００２３】
また、本願の請求項９に記載の発明は、底部が複数の第１の貫通穴を有する導電性キャップと、 前記導電性キャップの前記底部の内面に配置され、前記第１の貫通穴に接続される複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、前記導電性キャップの前記底部の外面に配置される絶縁リングと、を備える燃料電池の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２４】
また、本願の請求項１０に記載の発明は、前記導電性キャップの前記底部が突出する突き出したセクションを備える請求項９に記載の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２５】
また、本願の請求項１１に記載の発明は、前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１０に記載の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２６】
また、本願の請求項１２に記載の発明は、第１の表面と、第２の表面と、前記第１の表面に配置される突き出したセクションと、前記導電性シートを通過し、前記突き出したセクションの前記端縁に沿って配置される複数の第１の貫通穴と、を備える導電性シートと、前記第２の表面に配置され、前記第１の貫通穴に対応する複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、前記導電性シートと前記絶縁シートの端縁に接続される固定セクションと、前記固定セクションに接続される直列接続セクションと、を備える導電性リングと、前記第１の表面を覆い、前記突出したセクションと前記第１の貫通穴を露営する絶縁リングと、を備える燃料電池の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２７】
また、本願の請求項１３に記載の発明は、前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに位置する請求項１２に記載の直列デバイスであることを要旨としている。
【００２８】
また、本願の請求項１４に記載の発明は、第１の柱である第１の燃料電池であって、前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の前記端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第１の燃料電池と、第２の柱であり、前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方の端部に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第２の燃料電池と、前記第１の燃料電池のコラム電極に端縁が接続され、底部の外面が前記第２の燃料電池の前記コラム電極に接続される導電性キャップと、前記導電性キャップと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁シートと、前記導電性キャップの前記底部に配置され、前記第２の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、前記絶縁シートに配置され、前記第１の貫通穴と前記第１の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、前記導電性キャップと前記第２の燃料電池を接続するための絶縁リングと、を備える直列デバイスと、を備えるコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００２９】
また、本願の請求項１５に記載の発明は、前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３０】
また、本願の請求項１６に記載の発明は、前記コラム電極が中空の柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３１】
また、本願の請求項１７に記載の発明は、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３２】
また、本願の請求項１８に記載の発明は、前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３３】
また、本願の請求項１９に記載の発明は、前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項１８に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３４】
また、本願の請求項２０に記載の発明は、前記絶縁リングが前記第２の燃料電池の前記導電性キャップと前記リング電極を分離する請求項１４のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３５】
また、本願の請求項２１に記載の発明は、前記導電性キャップが突出する突き出したセクションを備える請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３６】
また、本願の請求項２２に記載の発明は、前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３７】
また、本願の請求項２３に記載の発明は、第１の柱であり、前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端部から他方へ伸張し、複数の突出ブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第１の燃料電池と、第２の柱であり、前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、を備える第２の燃料電池と、前記第１の燃料電池の前記コラム電極に接続される突き出したセクションと、前記第１の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、を備える導電性シートと、前記導電性シートと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁リングと、前記導電性シートと前記第２の燃料電池の間に配置され、前記第１の貫通穴と前記第２の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、を備える絶縁シートと、前記導電性シート、前記絶縁シートの端縁、及び前記第２の燃料電池の前記リング電極に接続される導電性リングと、を備える直列デバイスと、を備えるコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３８】
また、本願の請求項２４に記載の発明は、前記コラム電極が中空ではない柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００３９】
また、本願の請求項２５に記載の発明は、前記コラム電極が中空の柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４０】
また、本願の請求項２６に記載の発明は、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４１】
また、本願の請求項２７に記載の発明は、前記突出するブロックが少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４２】
また、本願の請求項２８に記載の発明は、前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項２７に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【００４３】
また、本願の請求項２９に記載の発明は、前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに配置される請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタックであることを要旨としている。
【発明の効果】
【００４４】
バッテリーの設計では、コラム型燃料電池の長さを制御することによって単一バッテリーの出力電力を決定できる。言い換えると、コラム型燃料電池の長さを伸ばすことによって単一バッテリーの出力電力を促進することを達成できる。さらに、導電性とコラム型燃料電池の燃料の、直列デバイスを使用する直接接続により単一バッテリーの電圧を促進することを達成できる。したがって、製造と組み立てにおいてさらなる柔軟性を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明は、添付図面を参照してその最良な実施形態の詳細な説明を読んだ後に、その目的、特長、及び優位点においてさらに明らかとなる。
【００４６】
本発明の以下の詳細な説明は、以下の図面とともに読まれるときに理解でき、類似する構造は類似する参照数字で示される。
【実施例】
【００４７】
図１、図２、及び図３を参照する。図１から図３は、コラム電極１１０と、第１の触媒層１２０と、１つまたは複数の溝１３０と、電解質層１４０と、第２の触媒層１５０と、リング電極１６０とを備える本発明によるコラム型燃料電池を示している。
【００４８】
コラム電極１１０は、２つの端部及び１つの周囲表面を有するコラム型を提示する。コラム電極１１０の前記周囲表面上には複数の突出するブロック１１２がある。第１の触媒層１２０はコラム電極１１０の周囲表面上に配置され、柱を形成する。第１の触媒層１２０は第１の触媒層１２０とコラム電極１１０の間に溝１３０を形成するために突出するブロック１１２に接続されている。溝１３０は柱の２つの端部を通過する。第１の触媒層１２０は電解質層１４０で覆われ、電解質層１４０は第２の触媒層１５０で覆われ、第２の触媒層１５０はリング電極１６０で覆われている。
【００４９】
柱は（図１に示されるように）円筒、（図２に示されるように）楕円柱、（図３に示されるように）四角柱、三角柱（不図示）または無作為な形状（不図示）である場合がある。
【００５０】
コラム電極は（図４に示されるように）中空ではない柱、または中空の柱である場合がある。つまり（図５に示されるように）そのコアが溝１１４である。
【００５１】
コラム電極１１０の中で突出するブロック１１２は、（図４と図８に示されているように）柱の一方の端部から他方へ直接的にまたは螺旋状に伸張する少なくとも１つのストリップブロックを含むことがある。さらに、突出するブロック１１２は、図６と図７に示されているように無作為な形状の突起である場合もある。
【００５２】
図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃを参照すると、突出するブロック１１２の上面は少なくとも１つの割れ目構造１１３を含み、それによってコラム電極と第１の触媒層の間の接触面積を拡大する。割れ目構造は螺旋形の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり様割れ目構造、はしご様構造、無作為な形状の構造、あるいはその組み合わせである場合がある。
【００５３】
さらに、溝１３０の底部は（図４に示されているように）実質的には平坦である、または（図１０に示されているように）Ｖ字形を呈する、または（図１１に示されているように）Ｕ字形を呈する等のことがある。
【００５４】
図１２を参照すると、第１の触媒層１２０は拡散層１２２と触媒層１２４を含み、第２の触媒層１５０は拡散層１５２と触媒層１５４とを含む。
【００５５】
拡散層１２２はコラム電極１１０の周囲表面に配置され、突出ブロック１１２に接続され、コラム電極１１０で溝１３０を形成する。触媒層１２４は拡散層１２２と電極層１４０の間に配置される。
【００５６】
電解質層１４０は触媒層１５４によって覆われ、拡散層１５２は触媒層１５４とリング電極１６０の間に配置される。
【００５７】
ある実施形態では、コラム電極及びリング電極は、反対の極性の電極である。例えば、コラム電極が陰極であると、リング電極は陽極である。
【００５８】
バッテリーの設計では、それがコラム型燃料電池の長さを制御することによって単一バッテリーの出力電力を決定できる。言い換えると、それはコラム型燃料電池の長さを伸ばすことによって単一バッテリーの出力電力を促進することを達成できる。さらに、それは導電性とコラム型燃料電池の燃料の、直列デバイスを使用する直接接続により単一バッテリーの電圧を促進することを達成できる。したがって、それは製造と組み立てにおいてさらなる柔軟性を提供できる。
【００５９】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｄを参照すること。図１３Ａから図１３Ｄは、コラム型燃料電池スタックを形成し、導電性と燃料の直列接続を達成するためにコラム型燃料電池を接続するための本発明による直列デバイスを示している。直列デバイス２００は、導電性キャップ２１０と、絶縁シート２２０と、絶縁リング２３０とを含む。
【００６０】
絶縁シート２２０と絶縁リング２３０は、それぞれ導電性キャップ２１０の下部の内面及び外面に配置されている。
【００６１】
導電性キャップ２１０の端縁は、第１の柱である第１の燃料電池１０２のコラム電極１１０に接続され、導電性キャップ２１０の底部の外面は、第２の柱である第２の燃料電池１０４のリング電極１６０に接続されている。
【００６２】
図１４Ａと図１４Ｂを参照すると、導電性キャップ２１０の底部は多くの第１の貫通穴２１２を有し、絶縁シート２２０は多くの第２の貫通穴２２２を有する。第２の貫通穴２２２は、第１の貫通穴２１２と連通し、コラム型燃料電池、つまりコラム型燃料電池が直列で接続されているときには第１と第２の燃料電池１０２及び１０４の溝と連通する。
【００６３】
図１５Ａと図１５Ｂを参照すると、導電性キャップ２１０の底部は突出する突き出したセクション２１４を有する。絶縁リング２３０は突き出したセクション２１４に接続されるように設計できる。
【００６４】
図１６Ａと図１６Ｂを参照すると、絶縁シート２２０は突き出したセクション２１４の中に差し込まれるために突き出したセクション２２４を有する。
【００６５】
図１７Ａと図１７Ｂを参照すること。図１７Ａと図１７Ｂは、コラム型燃料電池スタックを形成し、導電性と燃料の直列接続を達成するためにコラム型燃料電池を接続するための、本発明による直列デバイスを示している。直列デバイス３００は、導電性シート３１０、絶縁シート３２０、導電性リング３３０、及び絶縁リング３４０とを含む。
【００６６】
第１の燃料電池１０２、絶縁リング３４０、導電性シート３１０、絶縁シート３２０、導電性リング３３０、及び第２の燃料電池１０４は順番に接続され、第１の燃料電池１０２と第２の燃料電池１０４の導電性と燃料を接続する。
【００６７】
導電性シート３１０の表面の中心は第１の燃料電池１０２のコラム電極１１０に電気的に接続され、導電性シート３１０の端縁は導電性リング３３０に電気的に接続され、導電性リング３３０は第２の燃料電池１０４のリング電極１６０に電気的に接続される。
【００６８】
図１８Ａと図１８Ｂを参照すると、導電性シート３１０は第１の表面３１６と第２の表面３１８、突き出したセクション３１４と複数の第１の貫通穴３１２を有する。
【００６９】
突き出したセクション３１４は第１の表面３１６に配置される。第１の貫通穴３１２は導電性シート３１０を通過し、突き出したセクション３１４の端縁に沿って配置される。
【００７０】
絶縁シート３２０は第２の表面３１８に配置され、第１の貫通穴３１２に対応する複数の第２の貫通穴３２２を有する。
【００７１】
導電性リング３３０は固定セクション３３２と直列接続セクション３３４を含む。
【００７２】
固定セクション３３２は導電性シート３１０と絶縁シート３２０の端縁に接続され、直列接続セクション３３４は固定セクション３３２に接続され、第２の燃料電池１０４のリング電極１６０に接続されるために使用される。
【００７３】
絶縁リング３４０は第１の表面３１６の上に配置される。第１の表面３１６は、突き出したセクション３１４と第１の貫通穴３１２を露営する絶縁リング３４０で覆われている。
【００７４】
第１の貫通穴３１２は、突き出したセクション３１４の端縁の外部に、または突き出したセクション３１４の中に配置されることがある。
【００７５】
開示されている好適実施形態は、本発明を説明するためだけであり、本発明の範囲に対するいかなる制限も加えるためではない。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多様な変型または変更を本発明に加えることができることが当業者にとって明らかとなるであろう。その結果、このようなすべての変型及び変更は添付請求項の保護の範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図３】本発明の第３の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図４】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第１の実施形態を描く三次元図である。
【図５】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第２の実施形態を描く三次元図である。
【図６】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第３の実施形態を描く三次元図である。
【図７】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第４の実施形態を描く三次元図である。
【図８】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第５の実施形態を描く三次元図である。
【図９Ａ】本発明によるコラム型燃料電池において突出するブロックの上面の第１の実施形態を描く部分的な断面図である。
【図９Ｂ】本発明によるコラム型燃料電池において突出するブロックの上面の第２の実施形態を描く部分的な断面図である。
【図９Ｃ】本発明によるコラム型燃料電池において突出するブロックの上面の第３の実施形態を描く部分的な断面図である。
【図１０】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第６の実施形態を描く三次元図である。
【図１１】本発明によるコラム型燃料電池のコラム電極の第７の実施形態を描く三次元図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態によるコラム型燃料電池の三次元図である。
【図１３Ａ】本発明の第５の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１３Ｂ】本発明の第６の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１３Ｃ】本発明の第７の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１３Ｄ】本発明の第８の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１４Ａ】図１３Ａに示される直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【図１４Ｂ】図１３Ｂに示される直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【図１５Ａ】図１３Ｃに示される直列デバイスの第１の実施形態を描く三次元図である。
【図１５Ｂ】図１３Ｃに示される直列デバイスの第２の実施形態を描く三次元図である。
【図１６Ａ】図１３Ｄに示される直列デバイスの第１の実施形態を描く三次元図である。
【図１６Ｂ】図１３Ｄに示される直列デバイスの第２の実施形態を描く三次元図である。
【図１７Ａ】本発明の第９の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の第１０の実施形態によるコラム型燃料電池の断面図である。
【図１８Ａ】図１７Ａに示されている直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【図１８Ｂ】図１７Ｂに示されている直列デバイスの実施形態を描く三次元図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラム型燃料電池であって、
複数の突出するブロックを有する１つの周囲表面を含むコラム電極と、
前記コラム電極の前記周囲表面に配置され、前記突出するブロックに接続され、柱を形成するための第１の触媒層と、
前記柱の２つの端部を通過するための、前記コラム型電極と前記第１の触媒層の間に配置される少なくとも１つの溝と、
前記第１の触媒層に配置される電解質層と、
前記電解質層に配置される第２の触媒層と、
前記第２の触媒層に配置されるリング電極と、
を備えるコラム型燃料電池。
【請求項２】
前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項３】
前記コラム電極が中空の柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項４】
前記柱の一方の端部から他方に伸張する、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項５】
前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造（Ｖｅｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項６】
前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、はしご様構造からなるグループから選択される請求項５に記載のコラム型燃料電池。
【請求項７】
前記第１の触媒層が、
前記コラム電極を有する前記溝を形成するために、前記コラム電極の前記周囲表面に配置される拡散層と、
前記分散層と前記電解質層の間に配置される触媒層と、
を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項８】
前記第２の触媒層が、
前記電解質層に配置される触媒層と、
前記触媒層と前記リング電極の間に配置される拡散層と、
を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項９】
底部が複数の第１の貫通穴を有する導電性キャップと、
前記導電性キャップの前記底部の内面に配置され、前記第１の貫通穴に接続される複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、
前記導電性キャップの前記底部の外面に配置される絶縁リングと、
を備える燃料電池の直列デバイス。
【請求項１０】
前記導電性キャップの前記底部が突出する突き出したセクションを備える請求項９に記載の直列デバイス。
【請求項１１】
前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１０に記載の直列デバイス。
【請求項１２】
第１の表面と、
第２の表面と、
前記第１の表面に配置される突き出したセクションと、
前記導電性シートを通過し、前記突き出したセクションの前記端縁に沿って配置される複数の第１の貫通穴と、
を備える導電性シートと、
前記第２の表面に配置され、前記第１の貫通穴に対応する複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、
前記導電性シートと前記絶縁シートの端縁に接続される固定セクションと、
前記固定セクションに接続される直列接続セクションと、
を備える導電性リングと、
前記第１の表面を覆い、前記突出したセクションと前記第１の貫通穴を露営する絶縁リングと、
を備える燃料電池の直列デバイス。
【請求項１３】
前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに位置する請求項１２に記載の直列デバイス。
【請求項１４】
第１の柱である第１の燃料電池であって、
前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の前記端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第１の燃料電池と、
第２の柱であり、前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方の端部に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池のコラム電極に端縁が接続され、底部の外面が前記第２の燃料電池の前記コラム電極に接続される導電性キャップと、
前記導電性キャップと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁シートと、
前記導電性キャップの前記底部に配置され、前記第２の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、
前記絶縁シートに配置され、前記第１の貫通穴と前記第１の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、
前記導電性キャップと前記第２の燃料電池を接続するための絶縁リングと、
を備える直列デバイスと、
を備えるコラム型燃料電池スタック。
【請求項１５】
前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１６】
前記コラム電極が中空の柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１７】
前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１８】
前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１９】
前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項１８に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２０】
前記絶縁リングが前記第２の燃料電池の前記導電性キャップと前記リング電極を分離する請求項１４のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２１】
前記導電性キャップが突出する突き出したセクションを備える請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２２】
前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２３】
第１の柱であり、
前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端部から他方へ伸張し、複数の突出ブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第１の燃料電池と、
第２の柱であり、
前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池の前記コラム電極に接続される突き出したセクションと、
前記第１の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、
を備える導電性シートと、
前記導電性シートと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁リングと、
前記導電性シートと前記第２の燃料電池の間に配置され、
前記第１の貫通穴と前記第２の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、
を備える絶縁シートと、
前記導電性シート、前記絶縁シートの端縁、及び前記第２の燃料電池の前記リング電極に接続される導電性リングと、
を備える直列デバイスと、
を備えるコラム型燃料電池スタック。
【請求項２４】
前記コラム電極が中空ではない柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２５】
前記コラム電極が中空の柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２６】
前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２７】
前記突出するブロックが少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２８】
前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項２７に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２９】
前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに配置される請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１】
コラム型燃料電池であって、
複数の突出するブロックを有する１つの周囲表面を含むコラム電極と、
前記コラム電極の前記周囲表面に配置され、前記突出するブロックに接続され、柱を形成するための第１の触媒層と、
前記柱の２つの端部を通過するための、前記コラム型電極と前記第１の触媒層の間に配置される少なくとも１つの溝と、
前記第１の触媒層に配置される電解質層と、
前記電解質層に配置される第２の触媒層と、
前記第２の触媒層に配置されるリング電極と、
を備えるコラム型燃料電池。
【請求項２】
前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項３】
前記コラム電極が中空の柱である請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項４】
前記柱の一方の端部から他方に伸張する、前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項５】
前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造（Ｖｅｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項６】
前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、はしご様構造からなるグループから選択される請求項５に記載のコラム型燃料電池。
【請求項７】
前記第１の触媒層が、
前記コラム電極を有する前記溝を形成するために、前記コラム電極の前記周囲表面に配置される拡散層と、
前記分散層と前記電解質層の間に配置される触媒層と、
を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項８】
前記第２の触媒層が、
前記電解質層に配置される触媒層と、
前記触媒層と前記リング電極の間に配置される拡散層と、
を備える請求項１に記載のコラム型燃料電池。
【請求項９】
底部が複数の第１の貫通穴を有する導電性キャップと、
前記導電性キャップの前記底部の内面に配置され、前記第１の貫通穴に接続される複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、
前記導電性キャップの前記底部の外面に配置される絶縁リングと、
を備える燃料電池の直列デバイス。
【請求項１０】
前記導電性キャップの前記底部が突出する突き出したセクションを備える請求項９に記載の直列デバイス。
【請求項１１】
前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１０に記載の直列デバイス。
【請求項１２】
第１の表面と、
第２の表面と、
前記第１の表面に配置される突き出したセクションと、
前記導電性シートを通過し、前記突き出したセクションの前記端縁に沿って配置される複数の第１の貫通穴と、
を備える導電性シートと、
前記第２の表面に配置され、前記第１の貫通穴に対応する複数の第２の貫通穴を有する絶縁シートと、
前記導電性シートと前記絶縁シートの端縁に接続される固定セクションと、
前記固定セクションに接続される直列接続セクションと、
を備える導電性リングと、
前記第１の表面を覆い、前記突出したセクションと前記第１の貫通穴を露営する絶縁リングと、
を備える燃料電池の直列デバイス。
【請求項１３】
前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに位置する請求項１２に記載の直列デバイス。
【請求項１４】
第１の柱である第１の燃料電池であって、
前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の前記端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第１の燃料電池と、
第２の柱であり、前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方の端部に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池のコラム電極に端縁が接続され、底部の外面が前記第２の燃料電池の前記コラム電極に接続される導電性キャップと、
前記導電性キャップと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁シートと、
前記導電性キャップの前記底部に配置され、前記第２の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、
前記絶縁シートに配置され、前記第１の貫通穴と前記第１の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、
前記導電性キャップと前記第２の燃料電池を接続するための絶縁リングと、
を備える直列デバイスと、
を備えるコラム型燃料電池スタック。
【請求項１５】
前記コラム電極が中空ではない柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１６】
前記コラム電極が中空の柱である請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１７】
前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１８】
前記突出するブロックの上面が少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項１９】
前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項１８に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２０】
前記絶縁リングが前記第２の燃料電池の前記導電性キャップと前記リング電極を分離する請求項１４のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２１】
前記導電性キャップが突出する突き出したセクションを備える請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２２】
前記絶縁リングが前記突き出したセクションに接続される請求項１４に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２３】
第１の柱であり、
前記第１の柱のコアであり、前記第１の柱の一方の端部から他方へ伸張し、複数の突出ブロックを有する周囲表面を含み、前記第１の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第１の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第１の燃料電池と、
第２の柱であり、
前記第２の柱のコアであり、前記第２の柱の一方の端部から他方に伸張し、複数の突出するブロックを有する周囲表面を含み、前記第２の柱の端部を通過する少なくとも１つの溝を形成するコラム電極と、
前記第２の柱の前記周囲表面に配置されるリング電極と、
を備える第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池の前記コラム電極に接続される突き出したセクションと、
前記第１の燃料電池を通過する前記溝に接続される複数の第１の貫通穴と、
を備える導電性シートと、
前記導電性シートと前記第１の燃料電池の間に配置される絶縁リングと、
前記導電性シートと前記第２の燃料電池の間に配置され、
前記第１の貫通穴と前記第２の燃料電池を通過する前記溝を接続するための複数の第２の貫通穴と、
を備える絶縁シートと、
前記導電性シート、前記絶縁シートの端縁、及び前記第２の燃料電池の前記リング電極に接続される導電性リングと、
を備える直列デバイスと、
を備えるコラム型燃料電池スタック。
【請求項２４】
前記コラム電極が中空ではない柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２５】
前記コラム電極が中空の柱である請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２６】
前記突出するブロックが少なくとも１つのストリップブロックを含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２７】
前記突出するブロックが少なくとも１つの割れ目構造を含む請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２８】
前記割れ目構造が、螺旋状の割れ目構造、斜めの割れ目構造、真っ直ぐなトリップ構造、のこぎり割れ目構造、及びはしご様構造からなるグループから選択される請求項２７に記載のコラム型燃料電池スタック。
【請求項２９】
前記第１の貫通穴が前記突き出したセクションに配置される請求項２３に記載のコラム型燃料電池スタック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【公開番号】特開２００８−４７５０３（Ｐ２００８−４７５０３Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０３０８１（Ｐ２００６−３０３０８１）
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（５０６３７４４０９）遠茂光電股▲分▼有限公司 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（５０６３７４４０９）遠茂光電股▲分▼有限公司 (3)
【Ｆターム（参考）】
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