CN101421868B - 电极、燃料电池用电极、燃料电池及电极的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电极、燃料电池用电极、燃料电池及电极的制造方法。使电极使用将金属纤维片成形为板状的水平叠加型燃料电池的发电效率提高。作为被利用于具有将基本单位单元平面性排列并串连连接的结构的平面叠加型的燃料电池的燃料电池用电极(103)，采用如下结构，即，在将金属纤维成形为板状的金属纤维片(101)上扩散接合具备环状图形(201)和桥部(202)的薄板金属(102)。根据该结构，在与金属纤维片(101)的面平行的方向上流过的电流流过薄板金属(102)，因此，即使与金属纤维片(101)的面平行的方向上的电阻较高，发电电力的损失也不增加。

Description

电极、燃料电池用电极、燃料电池及电极的制造方法

技术领域

本发明涉及适用于燃料电池用的电极的结构，涉及在金属纤维片上接合了薄板金属的结构及其制造方法。此外，涉及使用了该结构的燃料电池用电极的燃料电池。

背景技术

作为燃料电池用电极，已知利用了网孔或多孔材质的具有通气性的导电构件。这是因为，使电极具有通气性，从而更高效率地进行燃料及氧化剂的向催化的供给。作为具有该通气性的导电构件，已知将金属纤维成型为片状的金属纤维片。关于金属纤维向燃料电池用电极的的应用，例如，在专利文献1或2中记载。

专利文献1：特开2005-515604

专利文献2：WO2004-075321

但是，金属纤维片为纤维材质多孔体，微观观察时，利用缠绕的金属纤维间的点接触进行电传导。一般地，在导体中，在变薄的情况下，与面平行的方向上的电阻(片电阻)变高，与面垂直的方向上的电阻变低。在金属纤维片中，该现象表现得更为显著。

该现象在平面性地配置多个单位发电单元、串连连接的平面叠加型的燃料电池中成为问题。即，在平面叠加型的燃料电池的情况下，发电时在与电极面的面平行的方向上流过电流。由此，当与电极的面平行的方向上的电阻较高时，其成为发电效率下降的因素。在为了薄型化而在将金属纤维片变薄的情况下该问题显著化。而且，在与面垂直的方向上层叠单位发电单元的垂直叠加结构的情况下，在与电极面垂直的方向上流过电流，因此与金属纤维片的面平行的方向上的电阻的高低不成为问题。

发明内容

因此，本发明涉及使用了可适用于平面叠加型的燃料电池的金属纤维片的电极，目的在于提供一种可获得高发电效率的技术。

本发明的特征在于，具备：金属纤维片；薄板金属图形，与所述金属纤维片的表面接合并且由横断所述金属纤维片的细线图形构成，其中所述细线图形具备：设置在所述金属纤维片的边缘上的环状图形；将所述环状图形的内侧隔开的桥部。根据本发明，薄板金属成为集电电极，以使在与金属纤维片的面平行的方向上流过的电流集中的方式进行作用。因此，即使与金属纤维片的面平行的方向上的电阻大，作为电极，也可以得到在与面平行的方向上的电阻较小的电极。特别是，作为薄板金属的细线图形，设置环状图形和分隔其内侧的桥部，因此，例如，作为燃料电池用电极进行利用时，不会妨碍燃料或氧化剂的供给，并且能够高效率地确保与金属纤维片的面平行的方向上的电流路径。

在本发明中，优选金属纤维片为Fe和Cr的合金，Cr的含有量为的10～30重量％。根据该方式，在通过烧结使金属纤维片和薄板金属图形扩散接合的情况下，能够得到良好的接合状态。此外，优选薄板金属图形由与金属纤维片相同的材质构成。这样，能够使二者的接合状态更加良好。

在本发明中，优选金属纤维片和薄板金属图形的热膨胀系数之差为3×10^-6/K以下。根据该方式，能够将接合状态下的弯曲的发生抑制到实用上没有问题的程度。此外，进一步优选金属纤维片和薄板金属图形的热膨胀系数之差为1×10^-6/K以下。根据该方式，几乎能够完全抑制接合状态的弯曲。

在本发明中，优选薄板金属图形的厚度为0.2mm以下。根据该方式，即使在金属纤维片和薄板金属图形之间存在热膨胀率之差，也能够将弯曲抑制为实用上不存在问题的程度。而且，对于薄板金属图形的厚度的下限来说，在确保低电阻的关系上，为0.05mm左右。

在本发明中，优选金属纤维片和薄板金属图形的接合为由烧结所导致的扩散接合。根据该方式，由于金属纤维片和薄板金属图形成为一体物，因此二者之间的接触电阻不成为问题。此外，能够得到由腐蚀所导致的高电阻化的可能性较小的稳定的接合状态，例如，能够得到稳定的性能的燃料电池。而且，可靠性不被烧结所导致的扩散接合影响，但是，通过低附加，也可以使金属纤维片和薄板金属图形进行接合。

本发明的电极适于燃料电池用电极。此时，优选金属纤维片的表面积的20～80％被薄板金属的细线图形覆盖。这样，能够确保燃料电池的动作时所需要的燃料或氧化剂的供给路径，同时确保燃料电池用电极所需要的发电的电流的流出路径。若金属纤维片表面的薄板金属的细线图形的面积低于20％，则薄板金属所引起的低电阻化的效果渐弱，金属纤维片的高片电阻的问题显著化。此外，若金属纤维片表面的薄板金属的细线图形的面积超过80％，则金属纤维片的露出面积变小，燃料或氧化剂的供给效率下降，燃料电池的发电效率下降。

本发明也可以作为利用了上述燃料电池用电极的燃料电池来理解。特别是，优选将上述的燃料电池用电极应用于单位发电单元被平面地配置且串连连接的平面叠加型的燃料电池。平面叠加型的燃料电池在与电极的面平行的方向上流过电流，但是，对于本发明的电极来说，薄板金属成为在与金属纤维片的面平行的方向上流过的电流的旁路路径，因此即使与金属纤维片的面平行的方向上的电阻变大，发电效率也不下降。

本发明为电极的制造方法，其特征在于，具备：网状物冲压工序，将片状的金属纤维网状物冲压成预定形状；薄板金属图形冲压工序，从金属的薄板冲压薄板金属图形；层叠工序，在一个被冲压后的所述金属纤维网状物的上层者下层、或者层叠多个所述金属纤维网状物并且在其最上层或最下层层叠所述薄板金属图形，得到层叠体；烧结所述层叠体的烧结工序。在本发明中，优选用一个模具进行所述网状物冲压工序和所述薄板金属图形冲压工序。

根据本发明，在金属纤维片上重叠地层叠薄板金属图形，从而确保与金属纤维片的面平行的方向上的电流路径，由此，能够得到适于平面叠加型的燃料电池的电极。此外，利用本发明的电极，从而能够得到发电效率较高的燃料电池。

附图说明

图1是表示利用了发明的燃料电池用电极的概要的立体图。

图2是表示金属纤维的制造工序的概念图。

图3是表示金属纤维片的制造工序的概念图。

图4是表示燃料电池用电极的制造工序的概念图。

图5是表示构成燃料电池的基本单位单元的立体图。

图6是表示水平叠加型的燃料电池的剖面结构的概念图。

图7是表示薄板金属的形状的其他例的俯视图。

符号说明

101...金属纤维片，102...薄板金属，103...燃料电池用金属，104...薄板金属上所设置的开口部，201...环状图形，202...桥部。

具体实施方式

1.实施方式1

(实施方式的结构)

图1是表示利用了发明的燃料电池用电极的概要的立体图，(A)表示分解状态，(B)表示接合状态。图1(B)中示出了燃料电池用电极103。燃料电池用电极103由薄板金属102和金属纤维片101构成。对于薄板金属102来说，主要成分为Fe和Cr，具备矩形形状的环状图形(框架结构图形)201和分隔其内侧的十字形状的桥部202。此外，设置有未配置环状图形201和桥部202并且金属纤维片101露出的四个位置的矩形形状的开口部104。对于金属纤维片101来说，是将与薄板金属相同的材质的原料作成线径40μm的纤维、并将其成型为薄板状的纤维材质多孔材质。构成金属纤维片101和薄板金属102的材质优选为FeCrSi合金，也可以使用不锈钢或Ni-Cr合金。而且，也能够使金属纤维片101和薄板金属102为不同的材质，但是优选为能够烧结的组合。

金属纤维片101和薄板金属102利用烧结被扩散接合。薄板金属102起到集电电极的功能，将在与金属纤维片101的面平行的方向流过的电流集中并使其在与金属纤维片101的面平行的方向流过。因此，在金属纤维片101上，在与该面平行的方向流过电流的情况下，能够抑制由金属纤维片101表现的比较高的片电阻所导致的发电电力的损失。此外，金属纤维片101和薄板金属102被扩散接合，因此二者间的接触电阻不成为问题，此外，能够防止由接合部分的腐蚀所引起的高电阻化。

如图1所示，薄板金属102的图形具备：包围金属纤维片101的周围的边缘部分的环状图形201、和在其内侧纵横地将金属纤维片101横断为十字的桥部202。根据该结构，能够有效地确保燃料或氧化剂的供给所需要的开口部104的开口率。此外，设置桥部202，由此，金属纤维片101的露出面纵横地被隔开，因此能够提高来自金属纤维片101的集电效率。此外，设置桥部202，由此，能够使薄板金属102和金属纤维片101的接合状态变得更加强固。

(制造方法)

以下，将图1所示的燃料电池用电极103的制造工序的一例进行说明。构成金属纤维片101的金属纤维优选以熔融金属抽取法来获得。以熔融金属抽取法所获得的金属纤维的剖面为非圆形，并且，在长度方向上不相同。在对这样的金属纤维和剖面为正圆且相同的金属纤维进行比较时，用相同的压缩压力以熔融金属抽取法所得到的金属纤维构成的金属纤维多孔材质体的体积含有率较大。这是因为，以熔融金属抽取法所得到的金属纤维由于压缩而容易彼此缠绕，除去负载时的回弹较小。

其次，将金属纤维片的制造方法以及对其行进利用的燃料电池用电极的制造方法的一例以工序的顺序进行说明。

A.金属纤维制造工序

图2为表示熔融金属抽取装置的概略图。图2(B)中示出以图2(A)的B-B线切割的剖面的形状。在图2中，符号1为辊，在辊1的外周形成边缘1a。在辊1的下侧配置有使轴线朝向上下方向的材料支架2。金属的线材以能够向上方移动的方式被容纳到材料支架2的内部。在材料支架2的上端部配置有加热线圈3，使从材料支架2的上端突出的材料M熔融。并且，熔融后的材料M与辊1的边缘1a接触，向辊1的切线方向引出并且快速冷却，从而制造均匀的线径的金属纤维F。此处，以圆形换算将金属纤维F的纤维直径设定为40μm。

B.解纤、网状物成形工序

图3是表示从如上所述所制造的金属纤维制造网状物的工序的概念图。如图3所示，向材料输送机10提供金属纤维F的集合体，并向出口侧搬送。在材料输送机10的出口配置进料辊11，在进料辊11的外侧配置解纤机构12。在进料辊11的外周形成多个齿，咬住金属纤维F并送出(参照图4)。此外，在解纤机构12的外周上也形成多个齿，由被进料辊11咬住的金属纤维F梳理其一部分，并使其落在输送机13的带14上。这是解纤工序，此时，金属纤维F被切断，在带14上，使其在随机的方向上交错，成为无纺布的片状的网状物W。

用熔融金属抽取法所制造的金属纤维原封不动地被提供给材料输送机10，所以，在金属纤维的集合体中，线径基本固定。本发明不限于这样的情况，能够混合由其他工序所制造的线径不同的金属纤维的集合体来使用。

C.冲压、层叠工序

图4是表示燃料电池用电极的制造工序的概念图。在冲压工序中，使用图4所示的模具20。模具20由凹模21、和可在凹模21的孔21a内自由进出的冲头25构成。将网状物W搬送到模具20，冲头25下降，对冲压品P进行冲压。对于冲压品P来说，由于与凹模21的孔21a的内周的摩擦而没有落下，留在孔21a内，被下一个冲压品P按压，依次下降。

此处，当冲压成为预定数量的最后的冲压品P时，利用上述模具20从薄板金属板对薄板金属102进行冲压。此时，利用其他模具预先在薄板金属102上冲压中央的开口104(参照图1)。并且，被冲压后的薄板金属102和在孔21a内所层叠的冲压品P被压缩在冲头25和孔21a的底部之间。而且，冲压的网状物W既可以为单层，也可以为多层，这由最终所得到的金属纤维片的厚度和体积密度决定。此外，也可以首先对薄板金属102进行冲压，之后对预定数量的冲压品P进行冲压。接下来，设置在孔21a的底部的升降机(未图示)上升，使被层叠的冲压品P和薄板金属102从凹模21的上表面突出。

一次冲压中提供的网状物的单位面积重量优选为100～2000g/m²。若网状物的单位面积重量小于100g/m²，则冲压时网状物的金属纤维很容易分散。此外，若网状物的单位面积重量超过2000g/m²，则网状物的侧面朝向下方，容易成为松懈的形状。

D.烧结工序

其次，通过未图示的搬送机构，从模具20中取出所层叠的冲压品P及薄板金属102，搬入到烧结炉中。另一方面，冲压品P被冲压后的网状物W被返回到解纤工序，在此被再生为金属纤维，成为网状物W的材料。

烧结炉使用连续炉。对于所层叠的冲压品P及薄板金属102来说，在无负荷下通过烧结炉期间被烧结，在金属纤维彼此的接触部和金属纤维与薄板金属102的接触部彼此扩散接合，制造出板状的作为烧结体的金属纤维片及薄板金属102的复合体S。接下来，在复合体S上，实施例如用于作成预定板厚的机械加工，得到金属纤维片101和薄板金属102被接合的燃料电池用电极103。根据该制造工序，使用形同的模具进行网状物W的冲压和薄板金属102的冲压，因此能够高追求制造工艺的简化及低成本化。

(评价)

其次，对评价了图1所示的燃料电池用电极的结果进行说明。此处，使金属纤维片101的尺寸为60mm×60mm×0.2mm厚、金属纤维的直径为40μm(圆形换算尺寸)，准备使薄板金属102的尺寸为60mm×60mm、使薄板金属102的环状图形201和桥部202的宽度为3mm的样品。下述“表1”中示出金属纤维片101的材质、Cr含有量、热膨胀系数β及体积密度Vf、薄板金属102的Cr含有量、热膨胀系数β及板厚。而且，在采用上述尺寸的情况下，利用薄板金属102的细线图形覆盖金属纤维片101的表面积的27.75％。

表1

下述表2中，关于表1中所示的制造例1～22，示出对金属纤维片101和薄板金属102的接合强度与弯曲程度进行调查的结果。此处，对于接合强度来说，将整体上二者的接合坚固、不能完全发现剥离判定为○。此外，将部分地察到剥离、但接合的部分坚固处理时不会剥离判定为△。此外，将部分地察到剥离、并且在处理时接合部剥离的可能性较高判定为×。

此外，关于弯曲程度，在几乎看不到并且催化剂涂敷方法容易(刷毛涂敷、喷雾涂敷、丝网印刷等没有限制)、并且在利用热压进行MEA(Membrane Electrode Assembly)制作时不产生问题(0～小于0.1mm)的情况下，判定为◎，在稍微存在弯曲但是催化剂涂敷容易(但是，丝网印刷时催化剂层厚度产生一些斑点)、并且利用热压进行MEA制作时不产生问题(0.1～小于0.3mm)的情况下，判定为○，在弯曲较大、利用丝网印刷的催化剂涂敷困难、利用热压进行MEA制作时压制速度等需要注意，但使用上没有问题(0.3～小于1.0mm)时，判定为△，在弯曲较大、并且存在MEA制作时发生催化剂层的破裂等问题而不能使用(1.0mm以上)时，判定为×。

表2

如表2所示，在所有的制造例中，得到接合强度上没有问题这一结果。这被认为是因为，利用由烧结所导致的扩散接合，金属纤维片和薄板金属一体化。此外，由制造例1～9可知，若金属纤维片和薄板金属的热膨胀系数相同，则与金属纤维片的Vf及薄板金属的板压无关地，几乎不发生弯曲。此外，由制造例1～12、制造例18及制造例21可知，若金属纤维片和薄板金属的热膨胀系数之差为1×10^-6/K以下，则几乎不发生弯曲。此外，由制造例17、制造例19及制造例22可知，若金属纤维片和薄板金属的热膨胀系数之差为3×10^-6/K以下，则弯曲成为不存在实际应用上的问题的范围。此外，由制造例13可知，若薄板金属的板厚为0.2mm以下，则即使热膨胀系数之差较大，也弯曲成为不存在实际应用上的问题的范围。此外，由制造例21及制造例22可知，在使金属纤维片及薄板金属的主要成分为Fe及Cr、使Cr含有量约为10重量％、或者约为30重量％的情况下，也可以获得良好的接合状态。因此可知，通过使金属纤维片及薄板金属的主要成分为Fe及Cr、使Cr的含有量为的10～30重量％的范围，从而得到得良好的接合性。

2.实施方式2

(单位发电单元的结构)

其次，对利用了实施方式1中说明的燃料电池用电极的燃料电池的一例进行说明。图5为表示燃料电池的单位发电单元的结构的立体图，(A)表示分解状态，(B)表示组装的状态。

以下，对组装顺序的一例进行说明。首先，准备两个图1所示的燃料电池用电极103。图5中示出了将金属纤维片101a和薄板金属102a接合后的燃料电池用电极103a、及具有相同结构并使表面背面翻转的燃料电池用电极103b。准备燃料电池用电极103a及103b，在该金属纤维片一侧的面上涂敷催化剂，形成催化剂层。图5中示出了在燃料电池用电极103a上形成催化剂层503、并在燃料电池用电极103b上形成了催化剂层504的状态。其次，使形成有催化剂层的面相面对并在其间夹着电解质膜502，通过热压法将燃料电池用电极103a和103b进行贴合。这样，得到单位发电单元501。

在单位发电单元501中，电解质膜502被催化剂层503和504夹持的层叠部分起到MEA(Membrane Electrode Assembly)的作用。对于单位发电单元501来说，电极103a起到氧化剂极(阴电极)的作用，电极103b起到燃料极(阳电极)的作用。

上述的结构中，在金属纤维片的表面上涂敷催化剂材料，形成催化剂层，从而提高催化剂层的针对金属纤维片的粘接性。对金属纤维片的表面来说，由于金属纤维缠绕的结构而具有细小的凹凸，因此能够将与催化剂层的接触面积确保得较大，此外，利用固定效果能够提高催化剂层的粘接性。而且，在电解质膜502的表面背面形成催化剂层503及504，得到MEA，也可以作成将该MEA由电极103a和103b的金属纤维片面夹持的制造工序。

(单位发电单元的动作)

以下，对利用甲醇水溶液作为燃料、利用空气作为氧化剂进行发电时的动作进行说明。向图5所示的单位发电单元501的电极103b侧提供甲醇水溶液、向电极103a侧提供空气时，甲醇水溶液浸透到金属纤维片101b内，并与催化剂层504接触，空气浸透到金属纤维片101a内。与催化剂层504接触的甲醇被分解为氢离子(H⁺)和电子(e^-)。其中，氢离子在电解质膜502中及催化剂层503中移动，到达金属纤维片101a。此外，电子被提供给金属纤维片101b。其结果是，金属纤维片101a相对于金属纤维片101b为高电位。

因此，通过负载将电极103a的薄板金属102a和电极103b的薄板金属102b进行电连接时，从电极103a向电极103b流过电流。此外，此时在催化剂层503中，空气中的氧、透过电解质膜502的氢离子、并且从电极103b侧提供到金属纤维片101a的电子进行反应，产生水。这样，进行将甲醇水溶液作为燃料的燃料电池发电。

(水平叠加结构的燃料电池)

图6为表示将单位发电单元进行水平叠加了的结构的燃料电池的剖面结构的概念图。图6所示的燃料电池60具有将相同结构的单位发电单元600、610及620平面排列地进行配置、并将它们进行串连地电连接的结构。

首先，说明各单位发电单元的结构。各单位发电单元具有图5所示的基本结构，若例如在单位发电单元600的情况来说，在电解质膜的表面背面，在催化剂层接触的MEA605的上侧配置由金属纤维片构成的氧化剂极601，在其上扩散接合由薄板金属构成的集电电极602。此外，在MEA605的下表面配置由金属纤维片构成的燃料极603，在其下扩散接合薄板金属构成的集电电极604。此处，氧化剂极601相当于图5所示的金属纤维片101a，集电电极602相当于薄板金属102a，燃料极603相当于图5所示的金属纤维片101b，集电电极604相当于薄板金属102b。

其他的单位发电单元也相同，对于单位发电单元610来说，在MEA615的上表面配置由金属纤维片构成的氧化剂极611，在其上扩散接合由薄板金属构成的集电电极612。此外，在MEA615的下表面配置由金属纤维片构成的燃料极613，在其下扩散接合由薄板金属构成的集电电极614。此外，对于单位发电单元620来说，在MEA625的上表面配置由金属纤维片构成的氧化剂极621，在其上扩散接合由薄板金属构成的集电电极622。此外，在MEA625的下表面配置由金属纤维片构成的燃料极623，在其下扩散接合由薄板金属构成的集电电极624。

在燃料电池60中，取出电极64与单位发电单元600的集电电极604接触，单位发电单元600的集电电极602与连接电极65接触。连接电极65通过连接电极66连接到单位发电单元610的集电电极614。单位发电单元610的集电电极612与连接电极67接触。并且，连接电极67通过连接电极68连接到单位发电单元620的集电电极624。这样，作成单位发电单元600、610及620的燃料极和氧化剂极彼此连接的串连连接结构。而且，利用密封构件606、616、626将各单位发电单元的侧周围密封。此外，符号62是储存甲醇水溶液的燃料容器，在燃料容器63内填充甲醇水溶液。

为了使图6所示的燃料电池发电，向燃料容器62内填充甲醇水溶液，在使氧化剂极侧与空气接触的状态下，通过未图示的负载将取出电极64与集电电极622之间电连接。于是，利用各单位发电单元，起动上述的发电作用，通过未图示的负载从集电电极622向取出电极64流过电流。

该发电时，在燃料极603、613及623、并且氧化剂极601、611及621中，在与面平行的方向上流过电流。这在采用了水平叠加结构时不能避免。例如，在图示的结构中，未配置集电电极602、612及622的情况下，在构成氧化剂极601、611及621的金属纤维片的与该面平行方向上流过电流。此时，与金属纤维片的面平行方向上的电阻(片电阻)比较高，因此产生损失。但是，在本实施方式中，将由薄板金属构成的集电电极602、612及622接合到氧化剂极601、611及621。对于这些集电电极来说，如图1及图5所示，具备：覆盖构成氧化剂极的金属纤维片的边缘部分的环状图形20、和将其内侧进行十字分隔的桥部202。由于这些集电电极成为与金属纤维片的面平行的方向上流过的电流的旁路路径，所以，在氧化剂极601、611及621中，与该面平行方向上不流过较大的电流，与该面平行的方向上流过的电流主要流过集电电极602、612及622。这在燃料极侧上也是相同的。因此，即使金属纤维片的片电阻比较高，也能够抑制由其引起的损失，能够抑制燃料电池的发电效率的下降。特别是，为了追求燃料电池的薄型化和轻量化，将金属纤维片变薄时，上述的片电阻的问题显著化，但是，在利用了本发明的情况下，由于上述的理由，能够抑制发电效率的下降。

图6所示的平面叠加结构的燃料电池能够使整体的结构薄型化，因此，适于薄型的电子设备的驱动电源。例如，适于便携电话、便携型信息处理终端、笔记本型个人计算机、便携型的视听设备等的电源。此外，对于将甲醇作为燃料的燃料电池来说，从燃料的取得的容易性或处理的容易性出发，适于利用到这些设备。而且，能够应用本发明的燃料电池，作为燃料不限于利用甲醇。

3.其他的实施方式

对利用了本发明的燃料电池用电极的集电电极的形状的其他的例子进行说明。图7为表示集电电极的其他的图形的例子的俯视图。图7(A)为表示成为集电电极的薄板金属的图形形状的其他的一例的俯视图。在该例中，在矩形形状的薄板金属702上形成多个圆形状的孔703。薄板金属702在将未图示的金属纤维片进行重叠的状态下进行接合，下层的金属纤维片从圆形状的孔703露出。在该结构中，周围的边缘部分成为环状图形，多个圆形的孔703之间的部分成为桥部。图7(A)所示的薄板金属702的图形具有容易制造这一优点。

以下，利用图7(A)所示的薄板金属702的图形、对金属纤维片露出的开口率的实用性的范围进行调查的结果进行说明。在该试验中，制作将改变了孔703的大小的电极作为阳电极及阴电极的单位发电单元的样品，测量相同条件下的发电电力的值。此外，在该试验中，假想对图6所示的平面叠加型的燃料电池的利用，在电极的面方向流过发电电流。根据该试验，若金属纤维片露出20～80％，则判明在发电上没有问题。即，若薄板金属的覆盖面积的比例为80％～20％，则判明在燃料电池的发电能力上没有障碍。金属纤维片的开口率低于20％时，发电效率下降，这是由于通过金属纤维片的燃料或氧化剂的供给效率下降。此外，金属纤维片的开口率超过了80％时，发电效率下降，这是因为，由于通过薄板金属的电流路径变窄，因此薄板金属的集电作用变小，出现金属纤维片的高片电阻的影响。

图7(B)为表示成为集电电极的薄板金属的图形形状的其他的一例的俯视图。在该例子中，在矩形形状的薄板金属705上形成两种矩形形状的开口706a及706b。开口706a及706b具有X轴方向上狭小、Y轴方向上较长的长方形。并且，对于开口706a和706b来说，其宽度方向(X轴方向)上的尺寸不同。根据图7(B)所示的薄板金属的图形形状，能够将Y轴方向上的电流路径变得更加宽阔。因此，以在Y轴方向上流过电流的方式进行电极的配置，从而能够确保开口706a及706b的开口率，并且能够实现薄板金属705的低片电阻化。

图7(C)为表示成为集电电极的薄板金属的图形形状的其他的一例的俯视图。在该例子中，在矩形形状的薄板金属707上规则地设置有六角形的开口708。根据该设计，在构成单位发电单元时，能够更加均匀地进行针对未图示的MEA的燃料或氧化剂的供给。

产业上的可利用性

本发明能够利用于燃料电池的电极、特别是平面叠加结构的燃料电池的电极。

Claims (12)

1.一种用于燃料电池的电极，其特征在于，

具备：金属纤维片；薄板金属图形，由与所述金属纤维片的表面接合并且沿着所述金属纤维片的表面延伸的细线图形构成，

所述细线图形具备：设置在所述金属纤维片的边缘上的环状图形；将所述环状图形的内侧隔开的桥部。

2.如权利要求1的用于燃料电池的电极，其特征在于，

所述金属纤维片是Fe和Cr的合金，所述Cr的含有量是10～30重量％。

3.如权利要求2的用于燃料电池的电极，其特征在于，

所述薄板金属图形由与所述金属纤维片相同的材质构成。

4.如权利要求1的用于燃料电池的电极，其特征在于，

所述金属纤维片和所述薄板金属图形的热膨胀系数之差为3×10^-6/K以下。

5.如权利要求1的用于燃料电池的电极，其特征在于，

所述金属纤维片和所述薄板金属图形的热膨胀系数之差为1×10^-6/K以下。

6.如权利要求1的用于燃料电池的电极，其特征在于，

所述薄板金属图形的厚度为0.2mm以下。

7.如权利要求1的用于燃料电池的电极，其特征在于，

所述金属纤维片和所述薄板金属图形利用扩散接合被接合。

8.一种使用了权利要求1～7的任意一项的电极的燃料电池用电极，其特征在于，

所述金属纤维片的表面积的20～80％被所述细线图形覆盖。

9.一种燃料电池，其特征在于，

将权利要求8的燃料电池用电极作为电极。

10.一种燃料电池，其特征在于，

构成将权利要求8的燃料电池用电极作为电极、多个单位发电单元平面地配置并串连连接的平面叠加型。

11.一种用于燃料电池的电极的制造方法，其特征在于，具备：

网状物冲压工序，将片状的金属纤维网状物冲压成预定形状；

薄板金属图形冲压工序，从金属的薄板冲压薄板金属图形；

层叠工序，在一个被冲压后的所述金属纤维网状物的上层或下层、或者层叠多个所述金属纤维网状物并且在层叠多个所述金属纤维网状物而得到的结构的最上层或最下层层叠所述薄板金属图形，得到层叠体；

烧结所述层叠体的烧结工序。

12.如权利要求11的用于燃料电池的电极的制造方法，其特征在于，

用一个模具进行所述网状物冲压工序和所述薄板金属图形冲压工序。

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