JP2005005077A - 燃料電池用ガス拡散層 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解質膜(電解質層)1に触媒層21、22を介して層状に設けられる多孔質材によって平板状に形成された本体部33を有し、本体部33における触媒層21、22に対して反対側を向く外面33aの一部に、電気接続用の端子板34を溶接した構成になっている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質層に対して触媒層を介して層状に配置される燃料電池用ガス拡散層に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池としては、例えば図15に示すように、固体高分子の電解質膜(電解質層)1と、この電解質膜1の両側に層状に設けられる触媒層21、22と、この各触媒層21、22の外側に層状に設けられるガス拡散層31、32と、このガス拡散層31、32の外側に層状に設けられる集電体41、42と、この集電体41、42の外側にさらに層状に設けられる穴あき押さえ板51、52と、一方の穴あき押さえ板51に対して所定の間隔をおいて設置される押さえ板6と、各穴あき押さえ板51、52の間に配置され、内方に位置する電解質膜1、触媒層21、22、ガス拡散層31、32および集電体41、42を密閉した状態に保持するシール部材71と、一方の穴あき押さえ板51と押さえ板6との間に配置され、この間の内方を密閉した状態に保持することによって燃料供給部72aを構成するシール部材72とを備えている。
【0003】
また、各穴あき押さえ板51、52は、複数の貫通穴を有する四角形の板状体によって形成されたものであり、その四隅位置に貫通されたボルト81およびこのボルト81に螺合するナット82によって、各集電体41、42を各ガス拡散層31、32に押圧するようにして連結されるようになっている。また、押さえ板6も上記ボルト81およびナット82によって一方の穴あき押さえ板51等と連結されている。
【0004】
上述した電解質膜1は、例えば0.1mm程度の厚さのもので構成されている。
触媒層21、22は、例えば触媒としてPt担持カーボンブラックを有する多孔質のカーボンペーパによって形成されたものが使用される。
ガス拡散層31、32は、導電性を有する金属製の多孔質板によって形成されている。
集電体41、42は、格子状に配置された複数の穴、あるいは平行に配置されたスリット状の複数の長穴を有し、導電性を有する金属製あるいは炭素質の板によって形成されている。
【0005】
上記電解質膜1、触媒層21、22、ガス拡散層31、32の接合体の製造方法として、例えば、ナフィオン(登録商標)等の高分子電解質膜(電解質膜1に対応)上に、Ptなどの触媒が担持されたカーボンブラックとナフィオン溶液の混合ペースト(触媒層21、22に対応)を塗布し、乾燥させ、ガス拡散層31、32を重ね合わせてホットプレス等の手段により接合させるものがある。また、ナフィオン(登録商標)の電解質溶液とPtが担持されたカーボンブラックの混合ペースト(触媒層21、22に対応)をガス拡散層31、32上に塗布し、乾燥後、このガス拡散層31、32の塗布面に電解質膜1を重ね合わせてホットプレス等により、電解質膜1とガス拡散層31、32を触媒層21、22を介した状態で層状に接合することもできる。これらの場合、ガス拡散層31、32中の気孔には混合ペーストが一部含浸することがある。
【0006】
上記のように構成された燃料電池においては、燃料供給部72aに蓄えたメタノール水溶液(燃料)が一方の穴あき押さえ板51の各貫通穴から集電体41の各穴およびガス拡散層31の各空孔を通って一方の触媒層21に供給されるとともに、酸化剤としての空気が他方の穴あき押さえ板52、集電体42およびガス拡散層32を同様に通って他方の触媒層22に供給されることにより、メタノール水溶液側の一方の触媒層21にマイナスの電圧が生じ、空気側の他方の触媒層22にプラスの電圧が生じることになる。
【0007】
したがって、上記各電圧の差に基づく起電力を各集電体41、42から取り出すことができる。
【0008】
また、上記燃料電池は、メタノール水溶液を直接使用することができることから、直接メタノール型燃料電池(DMFC)と称されている。なお、図15には、ノンスタック構造の直接メタノール型燃料電池を示している。
【0009】
一方、燃料として水素を用いる通常の固体高分子型燃料電池(PEFC)であって、スタック構造のものは、一般に図16および図17に示すように構成されている。なお、図16において、上記直接メタノール型燃料電池の構成要素と共通する要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0010】
この固体高分子型燃料電池は、導電性を有する金属製あるいは炭素質の隔壁53、54およびセパレータ55をガス拡散層31、32に積層させることにより、発電ユニットを複数(この例では2つ)積層させたもので構成されている。この例では、各隔壁53、54およびセパレータ55の各ガス拡散層31、32に当接する面には、水素または空気を供給するための溝53a、54a、55a、55bがそれぞれ形成されている。
【0011】
また、各隔壁53、54の外面には集電板91、92がそれぞれ積層されている。そして、ボルト81およびナット82で、各集電板91、92を近接する方向に力を作用させることにより、各隔壁53、54とガス拡散層31、32、セパレータ55とガス拡散層31、32等を押圧させるようになっている。
【0012】
上記のように構成された固体高分子型燃料電池においては、一方の隔壁53の溝53aに水素を供給し、セパレータ55の一方の溝55aに空気を供給することにより、一方の触媒層21に生じたマイナスの電圧によって、一方の隔壁53にマイナスの電圧が生じ、他方の触媒層22に生じたプラスの電圧によって、セパレータ55にプラスの電圧が生じることになる。同様にして、他方の隔壁54の溝54aに空気を供給し、セパレータ55の他方の溝55bに水素を供給することにより、他方の隔壁54にプラスの電圧が生じ、セパレータ55にマイナスの電圧が生じることになる。
【0013】
したがって、上記セパレータ55を介して各発電ユニットが直列に接続された状態になるので、各発電ユニットで発生した電圧の合計の電圧が各集電板91、92に発生することになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記直接メタノール型燃料電池および固体高分子型燃料電池においては、ガス拡散層31、32に対する集電体41、42、隔壁53、54あるいはセパレータ55の接触面積を大きくすることが、接触抵抗を低減して、発電効率の向上を図る上で好ましい。
【0015】
しかし、ガス拡散層31、32は、メタノール水溶液や水素等の流れの向上を図るため気孔率の大きな多孔質体で構成されていることから、集電体41、42、隔壁53、54あるいはセパレータ55に対して単に積層しただけでは、これらに対して複数の位置でほぼ点状に接触しただけの状態となる。しかも、互いに接触する面を完全な平面状の広がりを有するように形成することは不可能であるので、ガス拡散層31、32と、集電体41、42、隔壁53、54またはセパレータ55との接触面積は極めて小さなものとなる。
【0016】
このため、ガス拡散層31、32と、集電体41、42、隔壁53、54またはセパレータ55とを、上述のようにボルト81およびナット82を用いて所定の圧力で押圧することにより、弾性変形や局部的な塑性変形を生じさせ、これによって接触面積の向上を図っている。
【0017】
ただし、この場合でも、ガス拡散層31、32と、集電体41、42、隔壁53、54またはセパレータ55とが複数の位置で点状に接続される傾向にあり、十分に接触抵抗を下げることができない。また、ボルト81およびナット82から作用する力によって、穴あき押さえ板52、隔壁53、54またはセパレータ55等が変形すると、ガス拡散層31、32と、集電体41、42等との接触面積が却って小さくなるおそれがあることから、穴あき押さえ板52、隔壁53、54およびセパレータ55等としては厚さの厚い剛性の大きなものを採用しなければならず、コストの上昇を来すとともに、電池が大型化してしまうという問題があった。
【0018】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、触媒層に生じた電気を接触抵抗の極めて小さな状態で取り出すことができるとともに、電池の小型化を図ることのできる燃料電池用ガス拡散層を提供することを課題としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散層は、電解質層に触媒層を介して層状に設けられる多孔質材によって平板状に形成された本体部を有する燃料電池用ガス拡散層であって、上記本体部における上記電解質層に対して反対側を向く外面の一部には、電気接続用の端子板が溶接されていることを特徴としている。
【0020】
請求項2に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項1に記載の発明において、上記本体部は、四角形の平板状に形成されており、上記端子板は、帯状に形成されていることを特徴としている。
【0021】
請求項3に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項2に記載の発明において、上記端子板は、上記本体部の上記外面における4つの各辺のうち少なくとも一辺に沿って延在していることを特徴としている。
【0022】
請求項4に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項2または3に記載の発明において、上記端子板は、上記本体部の上記外面における4つの各辺のうち少なくとも一辺の中央部から当該本体部の中央部に沿って延在していることを特徴としている。
【0023】
請求項5に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項2〜4の何れかに記載の発明において、上記端子板は、上記本体部の上記外面における互いに対辺となる一方の辺から他方の辺に向けて延在すべく、複数設けられていることを特徴としている。
【0024】
請求項6に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項1〜5の何れかに記載の発明において、上記端子板の一部は、上記本体部の上記外面における縁から突出していることを特徴としている。
【0025】
請求項7に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項1〜6の何れかに記載の発明において、上記端子板における上記電解質層に対して反対側を向く表面は、上記本体部における当該端子板が溶接された部分以外の上記外面と面一状または当該外面に対して凹状の位置にあることを特徴としている。
【0026】
請求項8に記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項1〜7の何れかに記載の発明において、上記溶接は、抵抗溶接または超音波溶接であることを特徴としている。
【0027】
請求項1〜8に記載の発明においては、端子板が本体部に溶接されているので、本体部と端子板との接触抵抗を極めて小さくすることができる。したがって、触媒層から本体部に伝えられた電気を接触抵抗の極めて小さな状態で端子板から取り出すことができる。よって、発電効率の向上を図ることができる。
【0028】
しかも、接触抵抗を低減するために例えば穴あき押さえ板、隔壁、セパレータ等を燃料電池用ガス拡散層に押圧していた力を軽減することができるので、これらの穴あき押さえ板等として剛性の低い薄いものを採用することができる。したがって、コストの低減を図ることができるとともに、電池の小型化を図ることができる。
【0029】
請求項2に記載の発明においては、本体部が四角形の平板状に形成され、端子板が帯状に形成されているので、本体部における例えば隔壁やセパレータ等から供給される空気や水素等の燃料の流れを阻害することなく、本体部の外面の広い範囲に、端子板を溶接することができる。
すなわち、隔壁やセパレータ等は、本体部との間から空気や燃料が漏れるのを防止するため、周縁部の内側に空気や燃料の流路を備えている。このため、本体部の周縁部に沿って帯状の端子板を配置することにより、触媒層に対する空気や燃料等の流れを阻害することなく、本体部の広い範囲に端子板を設置することができる。
したがって、触媒層に対する空気や燃料等の流れを阻害することなく接触抵抗を低減することができるので、発電効率の向上を図ることができる。
【0030】
請求項3に記載の発明においては、本体部の外面における4つの各辺のうち少なくとも一辺に沿って、端子板が延在しているので、触媒層に対する空気や燃料等の流れを阻害することなく、本体部の広い範囲に端子板を設置することができる。この場合、本体部における2つの辺や3つの辺あるいは4つの全ての辺に沿って、端子板を設置するように構成してもよく、その設置範囲の増加により本体部に対する端子板の接触抵抗の低減を図ることができる。ただし、このように設置範囲が増加した場合でも、触媒層に対する空気や燃料等の流れが端子板によって妨害されるのを防止することができる。なお、本体部の外面における辺に沿って端子板を延在させることは、端子板の一方の縁を本体部の外面における辺に完全に一致させることに限定するものではない。すなわち、端子板は、その一方の縁が本体部の外面における辺に対して例えば3mm程度内方に寄った状態で、当該辺に沿って延在していてもよい。
【0031】
請求項4に記載の発明においては、端子板が本体部における4つの各辺のうち少なくとも一辺の中央部から当該本体部の中央部に沿って延在しているので、触媒層から本体部に伝達された電気が端子板に伝わるまでの長さの平均を短縮することができる。したがって、触媒層から端子板までの間の本体部の抵抗を低減することができる。
【0032】
請求項5に記載の発明においては、複数の端子板が本体部における一方の辺から他方の辺に向けて延在しているので、本体部における触媒層から端子板までの電気が伝わる長さの平均をさらに短縮することができ、本体部の抵抗をさらに低減することができる。
【0033】
請求項6に記載の発明においては、端子板の一部が本体部の縁から突出しているので、当該突出部に例えばリード線を接続することができる。したがって、本体部に積層すべく設けられる例えば隔壁やセパレータ等に上記リード線等を通すための加工を施す不要がなくなるので、その分コストの低減を図ることができる。
【0034】
請求項7に記載の発明においては、端子板における電解質層に対して反対側を向く表面が本体部における端子板が溶接された部分以外の外面と面一状の位置以下の位置にあるので、本体部に積層すべく設けられる例えば隔壁やセパレータ等を本体部の外面に安定よく当接させることができる。
【0035】
請求項8に記載の発明においては、溶接が抵抗溶接または超音波溶接であるので、本体部と端子板とを重ねた状態に確実に溶接することができる。また、本体部および端子板の金属が異なる場合でも、これらの本体部および端子板を確実に接合することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池用ガス拡散層(以下「ガス拡散層」という)の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0037】
(第1の実施の形態)
まず、この発明の第1の実施の形態を図1〜図3を参照して説明する。ただし、図15に従来例として示した直接メタノール型燃料電池の構成要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
【0038】
この実施の形態で示すガス拡散層3Aは、直接メタノール型燃料電池に組み込まれたものであり、電解質膜(電解質層)1の各面に触媒層21または触媒層22を介して層状に設けられる本体部33と、この本体部33における電解質膜1に対して反対側を向く外面33aの一部に溶接された電気接続用の端子板34とを備えた構成になっている。
【0039】
本体部33は、三次元網状構造をもつ発泡焼結金属によって直角四角形の平板状に形成されている。この本体部33は、ステンレス鋼(この実施の形態ではJIS SUS316)の粉末を原料として構成されたものであり、縦×横×厚さの寸法が50mm×50mm×0.5mmに形成されている。
【0040】
なお、本体部33の材質としては、上記ステンレス鋼の他に、耐食性の高いハステロイ(登録商標)やチタン等の金属を用いてもよい。さらに、本体部33は、上記ステンレス鋼、ハステロイ、チタン等の耐食性の高い金属繊維で形成された金属不織布等の金属多孔質材によって構成してもよい。
【0041】
端子板34は、ステンレス鋼(この実施の形態ではJIS SUS316)によって一定の幅の帯状に形成されている。具体的には、幅が5mm、厚さが0.1mmに形成されている。なお、端子板34は、耐食性の高いハステロイあるいはチタン等によって形成してもよい。
【0042】
また、端子板34は、図2および図3に示すように、本体部33の外面33aにおける4つの各辺のうちの一辺33bに沿って延在すべく、当該本体部33に溶接されている。しかも、端子板34における電解質膜1に対して反対側を向く表面34aは、本体部33における端子板34が溶接された部分以外の外面33aと面一状になっている。さらに、端子板34の表面34aには、リード線35が接続されている。
【0043】
なお、本体部33の外面33aにおける一辺33bに沿って端子板34を延在させることは、端子板34の一方の縁を上記一辺33bに完全に一致させるべく限定するものではない。すなわち、端子板34は、その一方の縁が一辺33bから内方に例えば3mm程度寄った状態で、当該一辺33bに沿って延在していてもよい。
【0044】
本体部33と端子板34との溶接は、抵抗溶接または超音波溶接によってなされている。この溶接においては、端子板34の全体が連続的に本体部33にシーム溶接されている。このシーム溶接を抵抗溶接で行う場合は、電極となる一対の圧延ロール(図示せず)で本体部33と端子板34とを圧迫しながら圧延することにより、端子板34の表面34aを本体部33の外面33aと面一状に加工するとともに、端子板34の全体を本体部33に溶接することになる。また、この圧延の際に、所定の間隔をおいて上記圧延ロールから電流を流すことにより、例えば10mmピッチで端子板34を本体部33にスポット溶接することも可能である。
【0045】
また、端子板34の表面34aと本体部33の外面33aとを面一状に構成する方法としては、圧延ロールで電流を流すことにより、本体部33の外面33aに端子板34を接合した後に、別の圧延装置を用いて本体部33および端子板34を押圧することによって、端子板34の表面34aをこの端子板34が接合されていない本体部33の外面33aに合わせる方法を用いてもよい。
【0046】
超音波溶接の場合も、抵抗溶接と同様にして圧延ロール(図示せず)に連続して振動を加えることによりシーム溶接が可能であり、同圧延ロールに間欠的に振動を加えることにより、所定のピッチごとのスポット溶接が可能である。また、溶接に用いる圧延ロールによって、端子板34の表面34aと本体部33の外面33aとを面一状に構成してもよく、また溶接後に、別の圧延装置を用いて端子板34の表面34aと本体部33の外面33aとを面一状に構成してもよい。
【0047】
また、リード線35は、端子板34の表面34aに、上述した抵抗溶接、超音波溶接、ろう付け、半田付け、かしめ等によって、接触抵抗の極めて小さな状態に接続されるようになっている。
【0048】
また、直接メタノール型燃料電池としては、従来例として図15に記載したものに比して、一方の穴あき押さえ板51が除去された構造のものになっている。すなわち、メタノール水溶液が従来例で示した一方の穴あき押さえ板51を介することなく直接ガス拡散層3Aを介して触媒層21に供給されるようになっている。
【0049】
上記のように構成されたガス拡散層3Aにおいては、端子板34が本体部33に溶接されているので、本体部33と端子板34との接触抵抗を極めて小さくすることができる。したがって、触媒層21、22から本体部33に伝えられた電気を接触抵抗の極めて小さな状態で端子板34から取り出すことができる。よって、直接メタノール型燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
【0050】
しかも、接触抵抗を低減するために穴あき押さえ板52をガス拡散層3Aに押圧する力を高める必要がないので、この実施の形態の場合は従来例で示した一方の穴あき押さえ板51が不要になるとともに、他方の穴あき押さえ板52も剛性の低い薄いものを採用することができる。したがって、直接メタノール型燃料電池の小型化およびコストの低減を図ることができる。
【0051】
また、本体部33が四角形の平板状に形成され、端子板34が帯状に形成されているので、本体部33における穴あき押さえ板52から触媒層21に供給される空気の流れを阻害することなく、本体部33の外面33aの広い範囲に、端子板34を溶接することができる。
すなわち、穴あき押さえ板52は、本体部33との間から空気が漏れるのを防止するため、周縁部の内側に複数の貫通穴が形成されているので、本体部33の一辺33bに沿って端子板34を溶接することにより、触媒層22に対する空気等の流れを阻害することなく、本体部33の広い範囲に端子板34を溶接することができる。
したがって、直接メタノール型燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
【0052】
また、端子板34の表面34aが本体部33における端子板34が溶接された部分以外の外面33aと面一状になっているので、本体部33の外面33aに穴あき押さえ板52を安定よく当接させることができる。
【0053】
さらに、本体部33と端子板34とが抵抗溶接または超音波溶接されているので、これらの本体部33と端子板34とを重ねた状態に確実に溶接することができる。また、本体部33および端子板34の金属が異なる場合でも、これらの本体部33および端子板34を確実に接合することができる。
【0054】
(第2の実施の形態)
次に、この発明の第2の実施の形態を図4〜図7を参照して説明する。ただし、図16及び図17に従来例として示した固体高分子型燃料電池の構成要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
【0055】
この実施の形態で示すガス拡散層3Bは、固体高分子型燃料電池に組み込まれたものであり、電解質膜1に対して各触媒層21、22を介して層状に設けられる本体部33と、この本体部33における外面33aの対辺となる一方の辺33bおよび他方の辺33cに沿って延在すべく溶接された端子板34とを備えている。
【0056】
また、隔壁53、54およびセパレータ55は、図7に示すように、その空気や水素を通す溝53a、54a、55a、55bが左右に長く延在する複数の長溝5aと、これらの長溝5aの各端部を縦方向の短溝5bで交互につなぐことによって、蛇行した形状に形成されている。
【0057】
そして、ガス拡散層3Bは、各端子板34が隔壁53、54またはセパレータ55における短溝5bに沿う縁部に対応する位置となるように、固体高分子型燃料電池に組み込まれるようになっている。
【0058】
その他のガス拡散層3Bの構成は、第1の実施の形態で示したガス拡散層3Aと同一であるので、説明を省略する。なお、図4〜図7において、リード線35を示していないが、このリード線35は、図1と同様に各端子板34の表面34aのそれぞれに溶接等により接合されている。
【0059】
上記のように構成されたガス拡散層3Bにおいては、端子板34が本体部33に溶接されているので、本体部33と端子板34との接触抵抗を極めて小さくすることができる。したがって、触媒層21、22から本体部33に伝えられた電気を接触抵抗の極めて小さな状態で端子板34から取り出すことができる。よって、固体高分子型燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
【0060】
しかも、接触抵抗を低減するために隔壁53、54およびセパレータ55をガス拡散層3Bに押圧する力を高める必要がないので、隔壁53、54およびセパレータ55として剛性の低い薄いものを採用することができる。したがって、固体高分子型燃料電池の小型化およびコストの低減を図ることができる。
【0061】
また、隔壁53、54およびセパレータ55の溝53a、54a、55a、55bは、本体部33との間から空気や水素が漏れるのを防止するため、周縁部の内側に形成されているが、本体部33の一方の辺33bおよび他方の辺33bに沿って端子板34を溶接しているので、触媒層22に対する空気や水素等の流れを阻害することなく、本体部33の広い範囲に端子板34を接合することができる。
したがって、固体高分子型燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
【0062】
また、端子板34の表面34aが本体部33の外面33aと面一状になっているので、本体部33の外面33aに隔壁53、54またはセパレータ55を安定よく当接させることができる。
【0063】
その他、第1の実施の形態で示したガス拡散層3Aと同様の作用効果を奏する。
【0064】
なお、端子板34は、図8に示すように、その表面34aが本体部33の外面33aより一段低い位置すなわち外面33aに対して凹状の位置となるように、本体部33に溶接するように構成してもよい。このように構成されたガス拡散層3Cの場合も、上述した穴あき押さえ板52、隔壁53、54またはセパレータ55を本体部33の外面33aに安定的に当接させることができる。
【0065】
また、端子板34の一部を、図9および図10に示すように、本体部33の縁から突出させるように構成してもよい。このように構成されたガス拡散層3D(図9)、ガス拡散層3E(図10)の場合には、端子板34における本体部33の縁からの突出部34bに上述したリード線35を接続することができる。したがって、本体部33に積層すべく設けられる穴あき押さえ板52、隔壁53、54またはセパレータ55に、リード線35を通すための加工を施する必要がなくなるので、その分コストの低減を図ることができる。
【0066】
さらに、端子板34は、図11に示すように、本体部33における外面33aの一辺33bの中央部から当該本体部33の中央部に沿って延在すべく溶接してもよい。なお、この例では、一辺33bに沿って他の端子板34が設けられている。このように構成されたガス拡散層3Fの場合には、端子板34が本体部33の中央部に沿って延在しているので、触媒層21、22から本体部33に伝達された電気が端子板34に伝わるまでの長さの平均を短縮することができる。したがって、触媒層21、22から端子板34までの間の本体部33の抵抗を低減することができる。なお、端子板34は、十字状に公差するように2本設けるように構成してもよい。
【0067】
さらにまた、端子板34は、図12および図13に示すように、複数(この例では4本)のものを本体部33における互いに対辺となる一方の辺33bから他方の辺33cに向けて平行かつ等間隔に延在すべく溶接してもよい。また、最外位置の端子板34は、本体部33における4辺のうちの上記2つの辺33b、33c以外の辺33d、33eに沿って溶接されている。このように構成されたガス拡散層3Gの場合には、複数の端子板34が本体部33における一方の辺33bから他方の辺33cに向けて延在しているので、触媒層21、22から本体部33に伝達された電気が端子板34に伝わるまでの長さの平均をさらに短縮することができる。したがって、触媒層21、22から端子板34までの間の本体部33の抵抗をさらに低減することができる。
【0068】
また、端子板34は、図14に示すように、本体部33の外面33aにおける4つの全ての辺33b、33c、33d、33eに沿って溶接するように構成してもよい。このように構成されたガス拡散層3Hの場合には、端子板34を本体部33に溶接する面積が増加するので、本体部33と端子板34との接触抵抗をさらに低減することができる。しかも、端子板34が本体部33の周縁部に位置しているので、この端子板34によって触媒層21、22に対する空気、水素、メタノール水溶液等の流れが阻害されるのを防止することができる。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1〜8に記載の発明によれば、端子板が本体部に溶接されているので、本体部と端子板との接触抵抗を極めて小さくすることができる。したがって、触媒層から本体部に伝えられた電気を接触抵抗の極めて小さな状態で端子板から取り出すことができる。よって、発電効率の向上を図ることができる。
【0070】
しかも、接触抵抗を低減するために例えば穴あき押さえ板、隔壁、セパレータ等を燃料電池用ガス拡散層に押圧していた力を軽減することができるので、これらの穴あき押さえ板等として剛性の低い薄いものを採用することができる。したがって、コストの低減を図ることができるとともに、電池の小型化を図ることができる。
【0071】
請求項2に記載の発明によれば、本体部が四角形の平板状に形成され、端子板が帯状に形成されているので、本体部における例えば隔壁やセパレータ等から供給される空気や水素等の燃料の流れを阻害することなく、本体部の外面の広い範囲に、端子板を溶接することができる。
したがって、触媒層に対する空気や燃料等の流れを阻害することなく接触抵抗を低減することができるので、発電効率の向上を図ることができる。
【0072】
請求項3に記載の発明によれば、本体部の外面における4つの各辺のうち少なくとも一辺に沿って、端子板が延在しているので、触媒層に対する空気や燃料等の流れを阻害することなく、本体部の広い範囲に端子板を設置することができる。
【0073】
請求項4に記載の発明によれば、端子板が本体部における4つの各辺のうち少なくとも一辺の中央部から当該本体部の中央部に沿って延在しているので、触媒層から本体部に伝達された電気が端子板に伝わるまでの長さの平均を短縮することができる。したがって、触媒層から端子板までの間の本体部の抵抗を低減することができる。
【0074】
請求項5に記載の発明によれば、複数の端子板が本体部における一方の辺から他方の辺に向けて延在しているので、本体部における触媒層から端子板までの電気が伝わる長さの平均をさらに短縮することができ、本体部の抵抗をさらに低減することができる。
【0075】
請求項6に記載の発明によれば、端子板の一部が本体部の縁から突出しているので、当該突出部に例えばリード線を接続することができる。したがって、本体部に積層すべく設けられる例えば隔壁やセパレータ等に上記リード線等を通すための加工を施す不要がなくなるので、その分コストの低減を図ることができる。
【0076】
請求項7に記載の発明によれば、端子板における電解質層に対して反対側を向く表面が本体部における端子板が溶接された部分以外の外面と面一状の位置以下の位置にあるので、本体部に積層すべく設けられる例えば隔壁やセパレータ等を本体部の外面に安定よく当接させることができる。
【0077】
請求項8に記載の発明によれば、溶接が抵抗溶接または超音波溶接であるので、本体部と端子板とを重ねた状態に確実に溶接することができる。また、本体部および端子板の金属が異なる場合でも、これらの本体部および端子板を確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態としてのガス拡散層を備えた直接メタノール型燃料電池を示す断面図である。
【図2】同ガス拡散層の正面図である。
【図3】同ガス拡散層の断面図である。
【図4】この発明の第2の実施の形態としてのガス拡散層および固体高分子型燃料電池の隔壁およびセパレータを示す断面図である。
【図5】同ガス拡散層の正面図である。
【図6】同ガス拡散層の断面図である。
【図7】同ガス拡散層に積層れる隔壁およびセパレータの溝を有する一方の面を示す正面図である。
【図8】上記第1の実施の形態および第2の実施の形態で示したガス拡散層の第1の他の例を示す断面図である。
【図9】同ガス拡散層の第2の他の例を示す断面図である。
【図10】同ガス拡散層の第3の他の例を示す正面図である。
【図11】同ガス拡散層の第4の他の例を示す正面図である。
【図12】同ガス拡散層の第5の他の例を示す正面図である。
【図13】同ガス拡散層の第5の他の例を示す断面図である。
【図14】同ガス拡散層の第6の他の例を示す正面図である。
【図15】第1の従来例として示したガス拡散層を有する直接メタノール型燃料電池を示す断面図である。
【図16】第2の従来例として示したガス拡散層を有する固体高分子型燃料電池を示す断面図である。
【図17】同ガス拡散層および固体高分子型燃料電池の隔壁およびセパレータを示す断面図である。
【符号の説明】
1 電解質膜(電解質層)
21、22 触媒層
33 本体部
33a 外面
33b 一辺(一方の辺)
33c 他方の辺
34 端子板
34a 表面
34b 突出部
Claims (8)
- 電解質層に触媒層を介して層状に設けられる多孔質材によって平板状に形成された本体部を有する燃料電池用ガス拡散層であって、
上記本体部における上記電解質層に対して反対側を向く外面の一部には、電気接続用の端子板が溶接されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。 - 上記本体部は、四角形の平板状に形成されており、
上記端子板は、帯状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散層。 - 上記端子板は、上記本体部の上記外面における4つの各辺のうち少なくとも一辺に沿って延在していることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 上記端子板は、上記本体部の上記外面における4つの各辺のうち少なくとも一辺の中央部から当該本体部の中央部に沿って延在していることを特徴とする請求項2または3に記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 上記端子板は、上記本体部の上記外面における互いに対辺となる一方の辺から他方の辺に向けて延在すべく、複数設けられていることを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 上記端子板の一部は、上記本体部の上記外面における縁から突出していることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 上記端子板における上記電解質層に対して反対側を向く表面は、上記本体部における当該端子板が溶接された部分以外の上記外面と面一状または当該外面に対して凹状の位置にあることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 上記溶接は、抵抗溶接または超音波溶接であることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
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