专利名称：用于燃料电池的燃料盒以及使用该燃料盒的燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃料电池的燃料盒以及使用该燃料盒的燃料电池。
背景技术：
固体电解质类燃料电池包括燃料电极和氧化剂电极以及插入这两者之间的固体电解质膜。当燃料供给燃料电极以及氧化剂供给氧化剂电极时，电化学反应就产生了电流。每一个燃料电极和氧化剂电极都包括底基以及在底基表面上的催化剂层。氢通常用作为燃料。但是，最近几年，使用廉价且易于处理的甲醇作为原料的燃料电池获得了积极的发展。例如，已经存在有甲醇重整燃料电池，在该电池中甲醇重整产生氢，氢用作燃料，因此这就有了直接使用甲醇作为燃料的直接燃料电池。
当甲醇直接用作燃料时，燃料电极上的反应表现为下列反应式(1)。
(1)同时，氧化剂电极上的反应表现为下列反应式(2)。
(2)因此，在直接燃料电池中，由于氢离子可以从甲醇溶液中获得，因而不需要类似燃料重整器之类的装置，并且可以减小尺寸和减轻重量。而且，由于液体状态的甲醇溶液用作燃料，因此直接燃料电池具有能量密度非常高的优势。
日本专利公开No.2003-92128公开了一种用于向燃料电池供应燃料的燃料盒，该燃料电池用作便携式电子装置的电源。因此，人们提出了可附在燃料电池上而且可从燃料电池上拆卸的燃料盒。但是，在日本专利公开No.2003-92128中公开的这种燃料盒中，由于外壁是由聚乙烯、聚丙烯等制备的，因此燃料盒的耐冲击性特征可以改善。由于燃料盒是由燃料电池的用户携带，因此存在用户会掉落燃料盒的可能性。因此，为了获得公众对燃料电池的认肯，重要的是改善燃料盒的耐冲击性。储存有有机液体燃料如甲醇的燃料盒需要具有耐有机液体燃料的性质。
专利文献1日本专利公开No.2003-92128发明内容本发明拟将解决上述情况，并且本发明目的是提供用于改善燃料盒的耐冲击性和耐有机液体燃料的性质。
本发明提供用于燃料电池的燃料盒，该燃料盒储存有供应给燃料电池内的燃料电极的液体燃料，而且该燃料盒可以附着在燃料电池上而且可以从燃料电池上拆卸下来，其特征在于所述燃料盒包含燃料储存室，该燃料储存室内表面由耐液体燃料的树脂制成；壳，该壳内部包含燃料储存室并且由耐冲击性树脂制备；以及燃料供应部件，该燃料供应部件与燃料储存室连接并且将液体燃料供应给燃料电池。这种燃料盒可以附着在燃料电池上而且可从燃料电池上拆卸下来，而且它是可以由用户携带的小型树脂燃料容器。
在本发明中，耐液体燃料的树脂是当其与液体燃料接触时可以抵御溶解和抵御劣化的树脂，并且它的这些抵御特性至少好于形成壳的树脂。而且，耐冲击性树脂是具有抵御来自外部冲击的性能的树脂，并且该树脂的耐冲击性至少好于形成燃料储存室内表面的树脂。
燃料储存室内表面可以由耐醇性树脂制备。在这种情况下，液体燃料可以包括醇组分。
根据本发明的燃料盒提供有由耐冲击性树脂制备的壳，而且它具有优异的抵御来自外部冲击的性能。而且，由于燃料盒提供有包含在壳中的燃料储存室，并且具有由耐液体燃料的树脂(例如，耐醇性树脂)制成的内表面，当燃料储存室内表面与液体燃料比如醇类接触时，可以可靠地防止所引起的溶解和劣化。因而，可以改善燃料盒的耐冲击性和耐液体燃料的性质。因此，燃料盒可以安全地长期使用。
在根据本发明用于燃料电池的燃料盒中，燃料储存室和壳共同集成。基于这种布置，可以容易地制备具有优异耐冲击性和耐液体燃料性并且布置简单的燃料盒。因此，可以可靠地提供安全的并且在稳定制备方面性能优异的燃料盒。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，燃料储存室可以是由挠性材料制备的袋状构件。基于这种布置，燃料储存室的体积易于根据在所述燃料储存室内储存的燃料的体积而改变。因此，液体燃料可以有效地供应给燃料电池。而且还可以进一步改善燃料盒的机械强度。
在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，在燃料储存室和壳之间可以安置缓冲构件。根据这种布置，来自外部的冲击可以被缓冲构件吸收，而且由外部冲击所引起的负荷可以被分散。因此，燃料盒的耐冲击性还可以进一步改善。在用于燃料电池的燃料盒中，缓冲构件可以是下列材料中的一种材料或者两种或更多种材料天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、发泡聚氨酯、有机硅凝胶和苯乙烯凝胶。根据这种布置，可以可靠地进一步改善燃料盒的耐冲击性。
根据本发明用于燃料电池的燃料盒可以包括用于调节燃料储存室内部压力的压力调节构件。根据这种布置，储存在燃料储存室中的液体燃料可以从燃料供应部件稳定地供应给燃料电池。在用于燃料电池的燃料盒中，压力调节构件可以包括气液分离膜。根据这种布置，可以防止液体燃料泄漏到燃料盒的外部，同时可以可靠地调节燃料供应室的内部压力。因此，燃料盒在使用过程中的安全性可以得到进一步改善。
根据本发明用于燃料电池的燃料盒可以包括穿过壳的通风孔。根据这种布置，当储存在燃料储存室中的液体燃料被消耗时，外部的空气可以可靠地引入壳中。因此，可以更可靠地调节燃料供应室的内部压力。
而且，本发明提供了一种燃料电池，其特征在于燃料电池包括燃料电池主体，所述燃料电池主体具有燃料电极以及根据上述任一种布置的用于燃料电池的燃料盒，所述燃料盒储存有直接供应给燃料电极的液体燃料。
根据本发明的燃料电池具有耐冲击和耐液体燃料性(例如，耐甲醇性)都很优异的燃料盒。因此，可以改善使用过程中的安全性。
顺便提及，每个元件的任意组合、使用用于燃料电池的燃料盒或者燃料电池的各种仪器以及制备和使用这些仪器的方法也存在于本发明的多个方面。
例如，根据本发明，用于燃料电池的燃料盒，它储存有供应给在燃料电池内的燃料电极的液体燃料，并且可附着在燃料电池上以及可从燃料电池上拆卸，其特征在于燃料盒包括内表面由第一树脂材料制备的燃料储存室，包括内部包含燃料储存室并且由第二树脂材料制备的壳，以及与燃料储存室连接并且将液体燃料供应给燃料电池的燃料供应部件，所述第一树脂材料在耐液体燃料性上优于第二树脂材料，而所述第二树脂材料在耐冲击性上优于第一树脂材料。根据这种布置，壳的耐冲击性以及燃料储存室的耐液体燃料性都可以保证，因此该燃料盒可以安全地长时期使用。
而且，在根据本发明的用于燃料电池的燃料盒中，可以在燃料储存室和壳之间安置用于吸收液体燃料的吸收构件。因此，当液体燃料从内容器泄漏出来时，液体燃料可以通过该吸收构件可靠地吸收。因而，可以更进一步改善燃料盒的安全性。
此外，用于燃料电池的燃料盒可以具有用于覆盖压力调节构件的盖构件，该盖构件可以形成如一块板。而且，根据本发明用于燃料的燃料盒具有用于覆盖通风孔的盖构件，该盖构件可以形成像一块板。根据这种布置，燃料盒在使用之前，可以防止液体燃料泄漏。
图1所示为根据本发明第一实施方案的燃料盒布置的横截面示意图。
图2所示为从图1中箭头A，A′所指示方向上看的视图。
图3所示为根据本发明第一实施方案的燃料电池布置的平面示意图。
图4为沿图3中B-B′线所取的横截面图。
图5所示为根据本发明第一实施方案的燃料盒与燃料电池主体之间连接部分的放大图。
图6所示为根据本发明第一实施方案的燃料盒与燃料电池主体之间连接部分的放大图。
图7所示为根据本发明第二方案的燃料盒布置的横截面示意图。
图8所示为根据本发明第三方案的燃料盒布置的横截面示意图。
实施本发明的最佳方式下文中，参考附图解释本发明的实施方案。顺便提及，在所有的附图中，相同的标记数字应用于相同的元件，其解释适当地省略。
下列实施方案涉及可附着在燃料电池主体上而且可从燃料电池主体上拆卸的燃料盒。该燃料盒可以更换，而且可以携带。根据下列实施方案的燃料电池可以应用于小型电子装置中，比如移动电话、笔记本类型的便携式个人计算机等、PDA(个人数字助理)、各种照相机、导航系统和便携式音乐唱机。
(第一实施方案)图1是示出根据本发明第一实施方案的燃料盒布置的横截面图。图1所示的燃料盒1501具有包括壳1502以及内容器1503的双层结构。壳1502与内容器1503共同集成为单一构件。燃料124储存于形成在内容器1503内部的燃料室1508内。
燃料盒1501具有注入部件1505，注入部件1505是壳1502壁表面的一部分，它向燃料盒1501的外面突出。在注入部件1505的末端，壳1502以及内容器1503都是开口的。密封构件1506密封这个开口部分。在预定位置形成穿过壳1502与内容器1503的压力调节口1509。将覆盖压力调节口1509的气液分离膜1507安置在壳1502表面上。
壳1502由耐冲击材料制备。作为像这样的材料，可以提及的有，例如树脂，比如聚碳酸酯(PC)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯酸酯(polyacryliete，PAR)、丙烯酸改性的聚氯乙烯(KD)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和玻璃-纤维-加强的聚酯(FRP)，选自其中的两种或更多种材料的共聚物，以及选自其中的两种或更多种材料的聚合物合金。壳1502由耐冲击材料制备，由此充分保证了燃料盒1501的耐冲击性，并且改善了燃料盒1501的强度。
合适的是根据材料选择壳1502的厚度。例如，壳1502的厚度可以为0.2mm或以上，优选0.8mm或以上，由此充分保证了燃料盒1501的耐冲击特性。另一方面，当壳1502较薄时，燃料盒1501可以减轻重量。例如，壳1502的厚度可以为1.2mm或以下，优选1mm或以下。如上所述，当聚碳酸酯用作壳1502的材料时，壳1502可以稳定地形成。
内容器1503由耐溶剂的材料形成。耐溶剂性表示耐供应给燃料电池的有机液体燃料的性质。耐性表示例如当与包含在燃料124中的燃料组分接触时，抵御溶解和劣化的耐久性。例如，当醇溶液比如甲醇用作燃料124时，内容器1503由与醇接触时可抵御溶解与劣化的材料制备。在下文中，作为实例，解释了燃料124为醇或醇溶液的情况。
具体地，作为内容器1503的材料，可以提及的有，例如树脂，比如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚甲基戊烯(TPX)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯(PU)、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)如尼龙6以及聚缩醛(POM)，从这些材料中选出的两种或更多种材料的共聚物，以及从这些材料中选出的两种或更多种材料的聚合物合金。
内容器1503的厚度可以为0.2mm或以上，优选0.4mm或以上，由此充分保证了燃料盒1501的内壁的耐燃料124的性质。另一方面，当内容器1503较薄时，燃料盒1501可以减轻重量。例如，内容器1503的厚度可以为1mm或以下，优选0.6mm或以下。具体地，内容器1503的厚度可以为0.5mm。因此，例如，当使用聚乙烯板时，可以稳定形成具有这样厚度的内容器1503。
在燃料盒1501中，构成壳1502和内容器1503的材料可以是几种材料的组合，比如PC和PE，PC和PP，PC和PTFE，等等。根据这种布置，可以提供给壳1502充分的耐冲击性，并且提供给内容器1503充分的耐溶剂性。
根据这个实施方案的燃料盒1501具有双层结构，其中内容器1503与壳1502的内壁接合在一起。因此，易于接收来自外部的冲击的壳1502的耐冲击性可以比内容器1503的耐冲击性高。而且，与燃料124接触的内容器1503的耐溶剂性可以比壳1502的耐溶剂性高。根据这种布置，可以改善燃料盒1501的耐冲击性，同时充分保证了与燃料124接触的内壁的耐溶剂性。因此，可以稳定获得安全性质优异的燃料盒1501。
顺便提及，在第一实施方案中，可以用以下方法评价树脂的耐溶剂性，例如将材料在燃料124中浸渍预定时间然后取出来之后，视觉观察材料的外观。而且，在树脂从燃料124中浸渍取出之后，可以测量它的机械强度。
注入部件1505凸向燃料盒1501的外部。因此，如下所述，注入部件1505适合于燃料电池的燃料供应管并且可靠地与之连接。
而且，在注入部件1505的末端安置有密封构件1506。密封构件1506是具有自密封特征的弹性构件。此处，自密封特征表示当被尖头构件刺穿时，在尖头构件比如针与在其刺穿部分处的被刺穿构件(pieced member)之间的密封特性。盖构件由弹性构件比如橡胶制备，由此当弹性构件被类似针的尖头构件刺穿时产生弹性变形，因而尖头构件与被刺穿构件被适当密封。作为自密封构件，例如，可以提及由硅橡胶等制备的隔膜和由乙烯丙烯等制备的再密封件(re-seal)。另外，硫化橡胶可以用于被尖头构件刺穿的部分。在这种情况下，橡胶内可能有狭缝，并且可以将润滑剂比如硅油涂覆于狭缝侧壁。
密封构件1506优选耐燃料124。作为像这样的材料，可以使用弹性体比如乙烯-丙烯橡胶和硅橡胶。当密封构件1506由乙烯-丙烯橡胶制备时，可以使用乙烯和丙烯的共聚物(EPM)或乙烯、丙烯以及第三组分的共聚物(EPDM)。
气液分离膜1507粘附到壳1502的外壁上，并且覆盖压力调节口1509。压力调节口1509覆盖有气液分离膜1507，因此选择性地允许气体流过压力调节口1509。因此，储存在燃料室1508中的燃料124可以顺利地供应给燃料电池，并且可以被防止泄漏到燃料盒1501的外部。
气液分离膜1507由对于液体燃料124的表面张力不同于对于气体如空气的表面张力的材料制备。备选地，可以使用具有其中多孔体表面由类似这样的材料所覆盖的结构的构件。气液分离膜1507可以使用液体排斥材料等形成。例如，当燃料124为甲醇或甲醇的水溶液时，气液分离膜1507是防止甲醇渗透穿过该膜的膜。
具体而言，作为用于气液分离膜1507的材料，可以提及的有，例如，全氟聚合物比如聚四氟乙烯(也称作“PTFE”)和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，聚氟代烷基丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸1H，1H-全氟辛基和聚丙烯酸1H，1H，2H，2H-全氟癸基(perfluorodecile)，以及氟烯烃比如聚氟乙烯和聚氟化乙烯丙烯。而且，可以使用聚偏二氯乙烯、聚缩醛、丁二烯与丙烯腈的共聚物树脂。
这些当中，由于选择透气性和膜形成特征的优异平衡，而优选使用全氟聚合物比如PTFE。由于气液分离膜1507需要有效地渗透气体，比如空气，因此膜需要较薄。通常，根据膜的性质，气液分离膜1507适宜形成5μm或以下的薄膜。当使用全氟聚合物如PTFE时，可以稳定地形成类似这样的薄膜。
而且，聚氟代烷基丙烯酸酯-聚合物比如聚甲基丙烯酸1H，1H-全氟辛基和聚丙烯酸1H，1H，2H，2H-全氟癸基具有优异的膜形成特性，易于形成薄膜，而且对二氧化碳具有选择渗透性，因此优选使用。聚氟代烷基丙烯酸酯-聚合物可以通过用氟代醇酯化部分或全部多羧酸获得。
气液分离膜1507的聚合物分子量优选为1000到1,000,000，更优选为3000到100,000。当分子量太大时，存在溶液制备变得困难的可能性，而且变得难以使限制性渗透层薄。当分子量太小时，可能存在不能获得充分限制渗透性的情况。顺便提及，在本说明书中，分子量是数均分子量，可以通过GPC(凝胶渗透色谱)测定。
而且，可以将透气性无孔膜层叠在多孔膜上，形成气液分离膜1507。在这种情况下，上述膜用作无孔膜。多孔膜是由例如聚醚砜或丙烯酸共聚物制备的膜。具体地，代表性实例有日本Gore-Tex Co.，Ltd制备的Gore-Tex(注册商标)、Nihon Pall Ltd制备的Versapor(注册商标)以及Nihon Pall Ltd制备的Supor(注册商标)。多孔膜的厚度设定为不小于50μm且不大于500μm。根据这种布置，可以改善气液分离膜1507的机械强度。因此，可以稳定获得具有优异机械强度的燃料盒1501。
将上面提到的聚合物溶液，即由无孔膜制备的材料，用旋涂方法涂敷在多孔膜表面上并且干燥，形成这样的一种层叠膜。
顺便提及，除将气液分离膜1507粘附到壳上之外，还可以用其它方式安置。例如，可以采用这样的方法气液分离膜1507放在壳1502与框架之间并用铆钉等固定在压力调节口1509的外部。
图2是在箭头A-A′指示方向的图。如图2所示，在燃料盒1501中，覆盖气液分离膜1507的剥离片1510可以粘附到被剥离的壳1502的外壁表面上。
可以制备剥离片1510，使其在使用燃料盒1501时能够从燃料盒1501上剥离。将乳胶粘合剂比如乙酸乙烯酯、环氧系列粘合剂或硅系列粘合剂涂敷到由各种塑料材料制备的薄膜表面上。而且，在图2所示的布置中，一部分圆形剥离片1510突向外部，形成剥离部分。剥离部分并没有粘附到壳1502上，由此当使用燃料盒1501时，剥离片100可以容易地从作为起始点的剥离部分扯下。
燃料盒1501可以通过用以下方法制备，例如形成多层容器的方法，比如多层吹塑法，如挤出多层吹塑法和注射多层吹塑法。在燃料盒1501中，由于壳1502与内容器1503接合在一起，因此壳1502与内容器1503可以根据这样的方法同时制备。因此，可以稳定获得具有优异制备效率和制备稳定性的燃料盒。在形成壳1502与内容器1503之后，将气液分离膜1507和密封构件1506粘附到壳1502表面上的预定位置，然后可以获得燃料盒1501。
图3所示为附着有图1所示燃料盒1501的燃料电池1511布置的视图。图3中的燃料电池1511具有燃料电池主体100和燃料盒1501。
燃料电池主体100包括多个单电池结构体101、燃料容器811、隔板811、燃料流管1111、燃料回收管1113、储存器1386、泵1117以及连接器1123。燃料盒1501可以通过连接器1123附着到燃料电池主体100上而且可以从燃料电池主体100上拆卸下来。而且，未示出的是，燃料电池主体100具有氧化剂电极侧流出物回收管，用于将单电池结构体101的氧化剂电极上的电池反应所产生的水回收到储存器1386中。
在这种布置中，储存在燃料盒1501中的液体燃料124供应给单电池结构体101。将泵1117安置在燃料流管1111中，并且燃料流管1111穿过储存器1386与燃料容器811连接。因此，燃料124通过燃料流管1111供应给了燃料容器811。流入燃料容器811内的燃料124沿着安置在燃料容器811中的多个隔板853流动，顺序供应给多个单电池结构体101。供应给单电池结构体101又没有用于电池反应的部分燃料124由燃料回收管1113回收到储存器1386中。被回收的燃料与从氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)回收的水在储存器1386中混和，并且再次由燃料流管1111供应给燃料容器811。
作为泵1117，例如可以使用压电构件，比如具有低电源消耗的小型压电电动机。而且，在图3中未示出的是，燃料电池1511可以提供有用于调节泵1117工作的控制部分，以控制燃料124向单电池结构体101的供应。
图4是沿图3中B-B′线截取的横截面图。单电池结构体101包括燃料电极102、氧化剂电极108和固体电解质膜114。在图4的燃料电池中，在一个固体电解质膜114的一个表面上安置有多个燃料电极102，在另一个表面上安置有多个氧化剂电极108。多个单电池结构体101共享固体电解质膜114，并且安置在相同平面中。而且，燃料容器811覆盖并围绕着燃料电极102外部安置，储存在或供应给燃料容器811的液体燃料直接供应给燃料电极102。
固体电解质膜114将燃料电极102和氧化剂电极108分开，并且使氢离子在这两者之间运动。因此，优选固体电解质膜114是对氢离子具有高传导率的膜。而且，优选固体电解质膜114是化学适宜的并且有强的机械性能。作为形成固体电解质膜114的材料，优选使用具有极性基比如强酸基如砜基和磷酸酯基、或弱酸基如羧基的有机聚合物。作为像这样的有机聚合物，可以作为示例提及的有磺化聚(4-苯氧基苯甲酰基-1，4-亚苯基)、芳香系缩聚物如烷基磺酸聚苯并咪唑；含砜基的全氟化合物(Nafion(Dupont CO.，LTD.生产注册商标)以及Aciplex(Asahi KASEI CO.，LTD.生产注册商标)或含羧基的全氟化合物(Flemion S膜(Asahi GLASS CO.，LTD.生产)。
燃料电极102和氧化剂电极108中的每一个都可以通过在每个基材上形成燃料电极侧催化剂层和氧化剂电极侧催化剂层而提供，所述燃料电极侧催化剂层和氧化剂电极侧催化剂层含有支撑催化剂的碳颗粒和固体电解质颗粒。
作为用于燃料电极侧催化剂层的催化剂，可以作为示例提及的有铂、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、钴、镍、铼、锂、镧、锶、钇以及它们的合金。作为用于氧化剂电极108所使用的氧化剂电极侧催化剂层的催化剂，可以使用与燃料电极侧催化剂层中的催化剂相同的催化剂，并且可以使用上面提到的物质。顺便提及，燃料电极侧催化剂层和氧化剂电极侧催化剂层可以使用相同催化剂或不同催化剂。
作为燃料电极102和氧化剂电极108的基底，可以使用多孔基材，比如炭纸，碳化合物、碳烧结化合物、烧结金属以及发泡金属。
在以这种方式布置的燃料电池主体100中，燃料124从燃料盒1501供应给在每个单电池结构体101中的燃料电极102。而且，氧化剂供应给在每个单电池结构体101中的氧化剂电极108。作为储存在燃料盒1501内的燃料124，可以使用甲醇、乙醇、二甲醚或其它醇类。当使用液体燃料时，可以使用它们的水溶液。作为氧化剂，通常可以使用空气，但是，可以供应氧气。
接着，解释如何使用燃料盒1501。燃料盒1501使用之前填充液体燃料124，然后将注入部件1505用密封构件1506密封。而且，气液分离膜1507用剥离片1510覆盖。
当使用燃料盒1501时，将燃料盒1501附着于燃料电池主体100的连接器1123。此时，燃料盒1501的注入部件1505插入并且内配合燃料流管1111。
图5和6是表示图3中的燃料盒1501与燃料流管1111之间连接部分的放大图。图5表示燃料电池主体100与燃料盒1501分离的状态。图6表示这两者连接的状态。如图5和6所示，空心针1379安置在燃料电池主体100中的燃料流管1111的尖端上。当燃料盒1501附着于燃料电池主体100时，空心针1379穿透密封构件1506。因此，在燃料盒1501内的液体燃料进料到燃料流管1111中。如上所述，由于燃料流管1111与单电池结构体101中的燃料电极102连接，因此燃料124供给了燃料电极102。
顺便提及，由于密封构件1506具有自密封特征，因此当密封构件1506被空心针1379刺穿时，与空心针1379的周围紧密接触，由此确保了密封性。因此，可以适当地防止液体燃料泄漏。而且，当空心针1379移出时，孔被密封，保证了密封性。
而且，空心针1379储藏在燃料电池主体100中的燃料流管1111中。因此，虽然燃料盒1501被移出，但是空心针1379不会从燃料电池主体100的壁表面突出，因而用户可以安全地附着或卸下燃料盒1501。
顺便提及，在燃料电池1511中，燃料盒1501和燃料流管1111可以用除密封构件1506和空心针1379之外的其它装置连接。在燃料盒1501的燃料流管1111或注入部件1505的尖端上安置连接器，比如螺母连接器，则燃料盒1501和燃料流管111可以通过该连接器连接。
而且，在燃料电池1511中，安置排气扇代替氧化剂电极侧流出物回收管(未示出)，湿气和由燃料电池主体100中的反应所产生的气体可以通过排气口排出到电池外部。
(第二实施方案)图7是示意性表示根据本发明第二实施方案的燃料盒的横截面图。图7所示的燃料盒1512的基本布置类似于图1所示的燃料盒1501的布置。但是，由与壳1502中的内容器1503的相同材料制备的内容器1513在布置上有所不同。壳1502与内容器1513在注入部件1505处接合。而且，壳1502上安装有压力调节口1509，这类似于第一实施方案，然而，如图7所示，没有安置气液分离膜1507。
根据第二实施方案的内容器1513是通过例如挠性或强弹性树脂形成。当安置用于向单电池结构体101供应储存在燃料盒内的燃料124的泵1117时，类似图3所示的燃料电池1511，内容器1513可以是挠性树脂而可以不是弹性构件。具体地，作为内容器1513的树脂材料，可以提及的有在第一实施方案中用于内容器1503的作为示例提及的材料。例如，内容器1503可以是袋状的聚乙烯、聚丙烯等。
内容器1513的厚度是根据其构成材料适当选择的，例如，可以设定为50μm或以上，优选100μm或以上，由此充分确保内容器1513的机械强度。而且，当内容器1513较薄时，燃料盒1512可以减轻重量，并且可以改善形状挠性。例如，将内容器1513的厚度设定为300μm或以下，优选200μm或以下。例如，如果使用聚乙烯和聚丙烯作为材料，则内容器1513可以稳定地形成。
燃料盒1512按例如如下方法制备。首先，制备壳1502。当壳1502由树脂制备时，作为合适的方法，可以选择通常用于制备树脂容器的方法，比如喷射模塑法、吹塑法等。将通过吹塑法等分别制备的内容器1513插入所得到的壳1502中，并将它们在注入部件1505处接合。
而且，可以使用作为两个分离部件形成壳1502的方法。在这种情况下，内容器1513储存在两个部件内，形成壳1502，之后，将所述两个部件的每个末端表面接合。作为接合表面的方法，可以适当选择通过超声波、热、粘合剂等的接合。而且，在两个部件的一个接合表面内安置凹入部分，在另一部分上安置凸起部分，并且它们可以被连接。这样，内容器1513就被储存在壳1502中。
当获得内容器1513与壳1502的这种双层结构时，将密封构件1506粘附于注入部件1505的端面。这样，就获得了燃料盒1512。顺便提及，当安置覆盖壳1502的压力调节口1509的气液分离膜1507时，气液分离膜1507可以粘附到壳上。
由于壳1502是由具有优异耐冲击性特征的材料制备的，因此可以稳定地获得其中燃料盒1512具有优异耐冲击性的布置。而且，内容器1513安置在壳内，并且内容器1513的内部是燃料室1508。由于内容器1513是由具有优异耐溶剂性的材料制备的，因此可以适当防止因储存在燃料室1508内的燃料124所引起的内容器1513的溶解和劣化。所以，燃料盒1512也具有优异的耐溶剂性。因此，根据壳1502和内容器1513的双层结构，可以改善燃料盒1512的耐冲击性和耐溶剂性。而且，由于内容器1513有挠性，因此其内部体积可以根据内部储存的燃料的量进行改变。
当使用燃料盒1512时，挠性内容器1513根据燃料124的消耗而缩小，其体积减小。此时，气体穿过气液分离膜1507到达壳1502内部，内容器1513被压缩。因此，避免壳1502内部形成负压。因此，在燃料盒1512的布置中，注入部件1505可以与燃料电池主体100连接，燃料124可以稳定地供应给单电池结构体101。
顺便提及，在燃料盒1512中，覆盖压力调节口1509的剥离片可以粘附于可剥离的壳1502的外壁表面。根据这种布置，压力调节口1509可以可靠地密封，直到燃料盒1512使用时为止。因此，可以防止燃料124从内容器1503泄漏。因此，可以更进一步改善燃料盒的安全性。作为剥离片的材料，可以使用与第一实施方案中覆盖气液分离膜1507的剥离片1510(见图2)相同的材料。
(第三实施方案)图8是示意性示出根据本发明第三实施方案的燃料盒布置的横截面图。图8所示的燃料盒1514的基本布置类似于图1所示的燃料盒1501的布置，然而，它们的不同在于安置在壳1502和内容器1504之间的缓冲构件1515。而且，每一个在壳1502和内容器1504中形成的压力调节口1509都覆盖有气液分离膜1507。
作为壳1502和内容器1504的材料，例如，可以使用与第一实施方案相同的材料。而且，内容器1504可以由没有挠性或没有强拉伸性能的材料制备，也可以由具有这些性质的材料制备。当内容器1504由具有挠性或强拉伸性质的材料制备时，例如内容器1504可以由在第二实施方案中作为实例提及的材料制备。
而且，缓冲构件1515是安置在内容器1504与壳1502之间并且支撑它们的构件。缓冲构件1515可以由弹性材料如发泡树脂材料、橡胶和凝胶树脂材料制备。缓冲构件1515优选由具有优异耐燃料124性能的材料制备。
作为缓冲构件1515的材料，具体地，例如可以使用下面这些二烯系列橡胶，比如天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氯丁二烯橡胶(CR)以及丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)；非二烯系列橡胶，比如硅橡胶(Q)如乙烯基甲基硅橡胶(VMQ)和氟化硅橡胶(FVMQ)、异丁烯-异戊二烯共聚物(丁基橡胶IIR)如低硬度的异丁烯异戊二烯橡胶、聚氨酯橡胶(U)以及乙丙橡胶(EPM，EPDM)；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)；泡沫树脂材料，如上述弹性材料的泡沫材料；凝胶树脂材料，比如硅凝胶，以及包含氢化苯乙烯嵌段共聚物如苯乙烯乙烯-丙烯苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)和苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，以及增韧剂如石蜡的苯乙烯凝胶。
当缓冲构件1515为硅系列凝胶时，可以使用例如GELTEC CO.，Ltd.生产的αGEL(注册商标)。另外，当缓冲构件1515为苯乙烯系列凝胶时，可以使用例如KITAGAWA INDUSTRIES CO.，Ltd.生产的KG-GEL(商标)。
另外，缓冲构件1515可以为片状构件等。根据这种布置，燃料盒1514的尺寸减小，其耐冲击性可以有效地改善。
作为实例，燃料盒1514按如下方法制备。首先，制备内容器1504。根据内容器1504的材料和形状，可以在常用于形成树脂容器的方法中选择一种方法进行制备。压力调节口1509安置在内容器1504内，并且粘附用于覆盖压力调节口1509的气液分离膜1507。而且，将片状缓冲构件1515粘附到内容器1504的外壁上。
另一方面，单独形成壳1502。在这种情况下，例如，如第二实施方案中解释的那样，壳1502以两个分离部件形成。将其上粘附缓冲构件1515的内容器1504保存在形成壳1502的两个部件中，然后将这两个部件的端面都接合在一起。这样，缓冲构件1515和内容器1504就顺序保存在壳1502中。
之后，安置气液分离膜1507和密封构件1506，这类似于第一或第二实施方案，由此，可以获得燃料盒1514。
顺便提及，在第三实施方案中将缓冲构件1515粘附到内容器1504上，然而，缓冲构件1515可以粘附到壳1502上。另外，缓冲构件1515可以接合壳1502或内容器1504的任一个。特别是当内容器1504的材料具有挠性或由强拉伸树脂制备时，将缓冲构件1515粘附到壳1502或内容器1504的任一个上，由此稳妥地改变内容器1504的形状。
由于燃料盒1514也具有壳1502和内容器1504的双重结构，因此可以改善耐冲击性和耐溶剂性。此外，在燃料盒1514中，缓冲构件1515安置在壳1502与内容器1505之间，因而来自外部的冲击可以被缓冲构件1515吸收。而且，当燃料盒受到冲击时，比如燃料盒与燃料电池主体100连接并且正在使用时跌落，在没有缓冲构件1515的布置中重量集中在注入部件1505上。然而，在第三实施方案中，由于缓冲构件1515安置在壳1502与内容器1504之间，重量可以由整个燃料盒1514分担。
如上所述，安置缓冲构件1515，可以改善燃料盒1514的耐冲击性并且提高机械强度。因此，可以可靠地防止燃料盒1514的劣化、泄漏等。
而且，相比于将壳1502与内容器1504直接整个表面粘附的布置，提供有缓冲构件1515的这种布置可以适当地防止因这些材料之间热收缩系数差异引起的劣化。
顺便提及，在图8所示的布置中，缓冲构件1515部分填充到壳1502与内容器1504之间的空隙内。然而，在壳1502与内容器1504之间的空隙可以全部被缓冲构件1515填充。
而且，在缓冲构件1515部分填充空隙的布置中，该空隙可以被用于吸收燃料124的燃料吸收构件填充。填充燃料吸收构件，可以使当燃料114从内容器1503泄漏时，燃料124被可靠地吸收。因此，可以进一步改善燃料盒1514的安全性。作为燃料吸收构件的材料，例如，可以使用吸收水的聚合物。可以作为实例提及的有，例如，聚丙烯酸钠系列如聚丙烯酸钠盐、丙烯酰胺系列如聚丙烯酰胺、聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-乙烯基甲酰胺、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚N-乙烯基吡咯烷酮、交联的丙烯酸共聚物、聚酯、琼脂、明胶、淀粉、苯乙烯-二乙烯基苯系列，聚谷氨酸、聚丙烯酸和乙酸乙烯丙烯酸酯(vinyl acetate acrylic)以及这些的共聚物或混合物。吸收水的聚合物可以从具有耐燃料124性质的材料中选择。
如上所述，本发明参考实施方案进行了解释。这些实施方案都是实例，本领域技术人员应理解为，每一个元件和每一个工艺的结合都可以改进，并且这样的实例可以在本发明范围内。
例如，在每个上面提到的实施方案中，作为实例都解释了壳1502是燃料盒的最外层的情况。但是，例如可以在壳1502的外部安置用于内包装壳1502的构件。
另外，在上面提到的实施方案中，作为实例，解释了将醇溶液储存在燃料盒内的情况。然而，液体燃料比如液体烃，如环烷烃、甲醛液、甲酸或肼可以储存在燃料盒中，而且可以使用。另外，碱可以加入到液体燃料中。根据这种布置，可以改善氢离子的离子传导率。
权利要求
1.一种用于燃料电池的燃料盒，该燃料盒储存有供应给燃料电池内的燃料电极的液体燃料，而且可附着在所述燃料电池上并且可从所述燃料电池上拆卸下来，其特征在于所述燃料盒包含燃料储存室，其内表面由耐所述液体燃料的树脂制备；壳，其内部包含所述燃料储存室并且由耐冲击性树脂制备；以及燃料供应部件，其与所述燃料储存室连接并且将所述液体燃料供应给所述燃料电池。
2.根据权利要求1的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述燃料储存室的所述内表面由耐醇性树脂制备。
3.根据权利要求1或2的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述燃料储存室由袋状构件制备，而所述袋状构件由挠性树脂材料制备。
4.根据权利要求1或2的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述燃料储存室和所述壳被共同集成。
5.根据权利要求1到3中任一项的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于在所述燃料储存室和所述壳之间安置有缓冲构件。
6.根据权利要求5的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述缓冲构件包含选自下列材料中的一种材料或者两种或更多种材料天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、发泡聚氨酯、有机硅凝胶和苯乙烯凝胶。
7.根据权利要求1到6中任一项的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述燃料盒包含用于调节所述燃料储存室内部压力的压力调节构件。
8.根据权利要求7的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述压力调节构件包括气液分离膜。
9.根据权利要求1到8中任一项的用于燃料电池的燃料盒，其特征在于所述燃料盒包含穿过所述壳的通风孔。
10.一种燃料电池，其特征在于所述燃料电池包含具有燃料电极的燃料电池主体以及根据权利要求1到9中任一项的用于燃料电池的燃料盒，所述燃料盒储存有直接供应给所述燃料电极的液体燃料。
全文摘要
公开了一种具有双层结构的燃料盒(1501)，该双层结构由壳(1502)以及储存液体燃料(124)的内容器(1503)组成。壳(1502)由耐冲击性树脂制备，并且内容器(1503)由耐液体燃料的树脂组成。
文档编号H01M8/06GK1910781SQ20058000297
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月20日 优先权日2004年1月23日
发明者木村英和, 真子隆志, 梶谷浩司, 吉武务, 长尾谕, 秋山永治, 河野安孝, 佐藤英行, 渡边秀, 西教德, 渡边义德, 久保佳实 申请人:日本电气株式会社