JP2005353413A - Collector and fuel cell using the same - Google Patents

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Kenji Kimura
憲治 木村
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a collector for a fuel cell of which the wear can be suppressed, and also to provide a fuel cell using the collector. <P>SOLUTION: A collector for a fuel cell has a surface for contacting to the electrode of a fuel cell, and further has a portion for increasing contacting surface pressure between the surface portion of the collector and the electrode of the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、集電体、及びそれを有する燃料電池に関する。   The present invention relates to a current collector and a fuel cell having the current collector.

近年、新たな電気エネルギ源として燃料電池が注目されている。この燃料電池には、金属や金属酸化物から成る膜状の電極(以下、電極膜とも呼ぶ。)が使われる場合があり、この電極膜から電子を集電したり、もしくは、その電極に電子を配電したりするための集電体が備えられる。このような集電体としては、ステンレス鋼などからなる金属メッシュやカーボンクロス、および、下記特許文献1に示されるような、たわし状の金属繊維から成るものなどが用いられている。   In recent years, fuel cells have attracted attention as a new electric energy source. This fuel cell may use a film-like electrode (hereinafter also referred to as an electrode film) made of a metal or a metal oxide, and collects electrons from the electrode film or supplies electrons to the electrode. Current collectors are provided for power distribution. As such a current collector, a metal mesh or carbon cloth made of stainless steel or the like, and one made of a scouring metal fiber as shown in Patent Document 1 below are used.

特開平6−36783号公報JP-A-6-36783

しかしながら、上述した従来の集電体は、いずれも繊維状に構成されており、このため上記電極膜と、点接触することにより電極膜が傷つき摩耗するという問題があった。このように電極膜が摩耗すると、電極膜の膜抵抗が部分的にアンバランスとなり、燃料電池の電池性能が低下するという問題が生じる。   However, all of the above-described conventional current collectors are formed in a fiber shape, and thus there is a problem that the electrode film is damaged and worn by point contact with the electrode film. When the electrode film is worn in this way, the film resistance of the electrode film is partially unbalanced, causing a problem that the battery performance of the fuel cell is lowered.

なお、上記問題は、電極が膜状の場合だけでなく、電極がポーラス(多孔質)状の場合にも同様に起こり得る問題である。   The above-mentioned problem is a problem that can occur not only when the electrode is in the form of a membrane but also when the electrode is in a porous (porous) form.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、電極に対する摩耗を抑制し得る集電体、及びそれを有する燃料電池を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the electrical power collector which can suppress abrasion with respect to an electrode, and a fuel cell having the same.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池の集電体は、燃料電池に用いられる集電体であって、
前記燃料電池の電極と接触する面部分を有し、該面部分と前記電極との間の接触面圧を上昇させる接触面圧上昇部を備えたことを要旨とする。
In order to achieve at least part of the above object, a fuel cell current collector of the present invention is a current collector used in a fuel cell,
The gist of the present invention is to have a contact surface pressure increasing portion that has a surface portion that contacts the electrode of the fuel cell and increases the contact surface pressure between the surface portion and the electrode.

上記燃料電池の構成によれば、集電体の面部分が電極と接触するので、集電体によって電極が磨耗するのを抑制することができる。   According to the configuration of the fuel cell, since the surface portion of the current collector is in contact with the electrode, it is possible to suppress the electrode from being worn by the current collector.

上記燃料電池の集電体において、
前記電極は、膜状に形成されており、
前記接触面圧上昇部において、
前記面部分は、膜状に形成される前記電極と面接触するようにしてもよい。
In the fuel cell current collector,
The electrode is formed in a film shape,
In the contact surface pressure increasing portion,
The surface portion may be in surface contact with the electrode formed in a film shape.

このようにすれば、集電体と電極は、面接触するので、集電体によって電極が摩耗するのを抑制することができる。   In this way, since the current collector and the electrode are in surface contact, it is possible to prevent the electrode from being worn by the current collector.

上記燃料電池の集電体において、
金属プレートにより構成され、
前記燃料電池の作動に伴う発熱を利用して、前記金属プレートの面部分と前記電極との接触面圧を上昇させるようにしてもよい。
In the fuel cell current collector,
Consists of metal plates,
You may make it raise the contact surface pressure of the surface part of the said metal plate, and the said electrode using the heat_generation | fever accompanying the action | operation of the said fuel cell.

このようにすれば、燃料電池の作動温度域において、集電体における金属プレートの面部分と電極との接触面圧を上昇させることができるので、経年変化や熱劣化などによる集電体と電極との接触面圧の低下を防止することができる。   In this way, in the operating temperature range of the fuel cell, it is possible to increase the contact surface pressure between the surface portion of the metal plate and the electrode in the current collector, so that the current collector and the electrode due to secular change, thermal deterioration, etc. It is possible to prevent the contact surface pressure from decreasing.

上記燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第1の金属プレートと、第2の金属プレートとで構成され、
前記第1の金属プレートと前記第2の金属プレートとの間に封入される、前記燃料電池の作動温度域で熱膨張する気体層を備えるようにしてもよい。
In the fuel cell current collector,
In the contact surface pressure increasing portion,
The metal plate is composed of a first metal plate having the surface portion and a second metal plate,
You may make it provide the gas layer thermally expanded in the operating temperature range of the said fuel cell enclosed between the said 1st metal plate and the said 2nd metal plate.

このようにすれば、燃料電池の作動温度域において、封入された気体層が熱膨張し、それに伴い第1の金属プレートの面部分が電極側に押上げられるので、集電体における第1の金属プレートの面部分と電極との間の接触面圧を上昇させることができる。また、燃料電池の温度が作動温度域未満の場合は、気体層の熱膨張による第1の金属プレートの押上げが低下されるので、不必要に第1の金属プレートの面部分と電極との間の接触面圧を上昇させることに起因する第1の金属プレートの経年変化等を抑制できる。   By doing so, the enclosed gas layer is thermally expanded in the operating temperature range of the fuel cell, and accordingly, the surface portion of the first metal plate is pushed up to the electrode side. The contact surface pressure between the surface portion of the metal plate and the electrode can be increased. Further, when the temperature of the fuel cell is lower than the operating temperature range, the push-up of the first metal plate due to the thermal expansion of the gas layer is reduced, so that the surface portion of the first metal plate and the electrode are unnecessarily necessary. The secular change of the 1st metal plate resulting from raising the contact surface pressure in between can be suppressed.

上記燃料電池の集電体において、
前記第1の金属プレートは、凸状であり、その頂部が前記面部分となるようにしてもよい。
In the fuel cell current collector,
The first metal plate may be convex, and the top portion may be the surface portion.

上記燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第1の金属プレートと、第2の金属プレートとから構成されるバイメタル構造であり、前記第2の金属プレートは前記第1の金属プレートより熱膨張率を高くするようにしてもよい。
In the fuel cell current collector,
In the contact surface pressure increasing portion,
The metal plate has a bimetal structure including a first metal plate having the surface portion and a second metal plate, and the second metal plate has a thermal expansion coefficient higher than that of the first metal plate. May be made higher.

このようにすれば、燃料電池の作動温度域における、第1の金属プレートと第2の金属プレートとの熱膨張差に起因して、第1の金属プレートが第2の金属プレートに押されるので、集電体における金属プレート(第1の金属プレート)の面部分と電極との接触面圧を上昇させることができる。   In this way, the first metal plate is pushed by the second metal plate due to the difference in thermal expansion between the first metal plate and the second metal plate in the operating temperature range of the fuel cell. The contact surface pressure between the surface portion of the metal plate (first metal plate) and the electrode in the current collector can be increased.

上記燃料電池の集電体は、
バイメタル構造である前記金属プレートの形状は、ステップ状であり、その頂部が前記面部分となるようにしてもよい。
The fuel cell current collector is:
The shape of the metal plate having a bimetal structure may be a step shape, and the top portion may be the surface portion.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池は、燃料電池であって、
第1および第2の電極と、
前記第1および第2電極との間に挟持される電解質膜と、
前記第1の電極と接する上記燃料電池の集電体と、
を備えたことを要旨とする。
In order to achieve at least a part of the above object, the fuel cell of the present invention is a fuel cell,
First and second electrodes;
An electrolyte membrane sandwiched between the first and second electrodes;
A current collector of the fuel cell in contact with the first electrode;
The main point is that

上記燃料電池の構成によれば、集電体の面部分が、第1の電極と接触するので、集電体によってその電極が磨耗するのを抑制することができる。   According to the configuration of the fuel cell, since the surface portion of the current collector is in contact with the first electrode, it is possible to suppress wear of the electrode by the current collector.

上記燃料電池において、
前記第1の電極は、水素透過性金属膜で構成するようにしてもよい。
In the fuel cell,
The first electrode may be composed of a hydrogen permeable metal film.

以下では、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の手順で説明する。
A.第1の実施例:
A1.燃料電池の構成:
A2.集電体の構成:
A3.実施例の効果:
B.第2の実施例:
B1.燃料電池の構成:
B2.集電体の構成:
B3.実施例の効果:
C.変形例:
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described based on the following procedure.
A. First embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
A2. Current collector configuration:
A3. Effects of the embodiment:
B. Second embodiment:
B1. Fuel cell configuration:
B2. Current collector configuration:
B3. Effects of the embodiment:
C. Variations:

A.第1の実施例:
A1.燃料電池の構成:
図1は、本発明の第1の実施例における燃料電池の構成単位である単セル500の概略構成を示す断面模式図である。本実施例における燃料電池は、単セル500を複数積層して直列に接続したスタック構造を有している。単セル500は、集電体100と、アノード電極10と、水素透過性金属層15と、水素透過性金属層15の表面上に形成された電解質層20と、電解質層20上に形成されたカソード電極30と、カソード電極30上に配設された集電体40と、を備えている。以下、アノード電極10、水素透過性金属層15、電解質層20、およびカソード電極30を積層した構造を、MEA(膜電極接合体:Membrane-Electrode Assembly)70とも呼び、さらに、このMEA70の両側にそれぞれ集電体100および集電体40を形成した構造を多層体75とも呼ぶ。単セル500は、さらに、多層体75を両側から挟持する2つのガスセパレータ50、60を備えている。
A. First embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a single cell 500 which is a structural unit of a fuel cell in a first embodiment of the present invention. The fuel cell in the present embodiment has a stack structure in which a plurality of single cells 500 are stacked and connected in series. The single cell 500 is formed on the current collector 100, the anode electrode 10, the hydrogen permeable metal layer 15, the electrolyte layer 20 formed on the surface of the hydrogen permeable metal layer 15, and the electrolyte layer 20. A cathode electrode 30 and a current collector 40 disposed on the cathode electrode 30 are provided. Hereinafter, the structure in which the anode electrode 10, the hydrogen permeable metal layer 15, the electrolyte layer 20, and the cathode electrode 30 are laminated is also referred to as MEA (Membrane-Electrode Assembly) 70, and further, on both sides of the MEA 70. A structure in which the current collector 100 and the current collector 40 are formed is also referred to as a multilayer body 75. The single cell 500 further includes two gas separators 50 and 60 that sandwich the multilayer body 75 from both sides.

集電体40は、導電性を有する材料からなる繊維を織成することによって形成したガス透過性を有する部材から成る。この集電体40は、セパレータ50から供給される電子をカソード電極30に配電する機能を有する。集電体40を形成する導電性材料は、燃料電池の内部環境で安定であって、繊維状に成形することができればよく、例えばステンレス鋼(SUS)やチタン(Ti)などの金属や、カーボン等とすることができる。したがって、集電体40は、例えば金属メッシュやカーボンクロスによって形成することができる。ガスセパレータ50と集電体40との間には、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路90が形成されている。   The current collector 40 is made of a gas-permeable member formed by weaving fibers made of a conductive material. The current collector 40 has a function of distributing electrons supplied from the separator 50 to the cathode electrode 30. The conductive material forming the current collector 40 is only required to be stable in the internal environment of the fuel cell and to be formed into a fiber shape. For example, metals such as stainless steel (SUS) and titanium (Ti), carbon Etc. Therefore, the current collector 40 can be formed of, for example, a metal mesh or carbon cloth. Between the gas separator 50 and the current collector 40, an in-single cell oxidizing gas channel 90 through which an oxidizing gas containing oxygen passes is formed.

一方、集電体100は、後述するように2枚の金属プレートから構成される。この集電体100は、ガスセパレータ60と後述する金属膜から成るアノード電極10との間に設けられ、アノード電極10およびガスセパレータ60のそれぞれと接触しており、アノード電極10で生成される電子を集電し、ガスセパレータ60へ供給する。集電体100が設けられたアノード電極10とガスセパレータ60との間は、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路80としての機能も有する。この集電体100についての詳細は、後述する。   On the other hand, the current collector 100 is composed of two metal plates as will be described later. The current collector 100 is provided between the gas separator 60 and an anode electrode 10 made of a metal film, which will be described later. The current collector 100 is in contact with each of the anode electrode 10 and the gas separator 60 and generates electrons generated by the anode electrode 10. Is collected and supplied to the gas separator 60. Between the anode electrode 10 provided with the current collector 100 and the gas separator 60, the gas separator 60 also has a function as a fuel gas flow path 80 in a single cell through which a fuel gas containing hydrogen passes. Details of the current collector 100 will be described later.

水素透過性金属層15は、水素透過性を有する金属によって形成される層であり、例えば、バナジウム(V)等の5族金属(Vの他、ニオブ、タンタル等)または5族金属の合金によって形成される。   The hydrogen permeable metal layer 15 is a layer formed of a metal having hydrogen permeability, and is made of, for example, a group 5 metal such as vanadium (V) (in addition to V, niobium, tantalum, etc.) or an alloy of a group 5 metal. It is formed.

アノード電極10は、水素分子を分離する活性と共に水素透過性を有する金属、例えばパラジウム(Pd)やパラジウム(Pd)合金によって緻密な膜状に形成される。このアノード電極10は、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)、めっき(例えば、エアロゾルデポジッション法)などにより、水素透過性金属層15上に形成する。   The anode electrode 10 is formed into a dense film by a metal having activity of separating hydrogen molecules and hydrogen permeability, such as palladium (Pd) or palladium (Pd) alloy. The anode electrode 10 is formed on the hydrogen permeable metal layer 15 by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plating (for example, aerosol deposition method) or the like.

電解質層20は、プロトン伝導性を有する固体電解質から成る層である。電解質層20を構成する固体電解質としては、例えば、BaCeO3、SrCeO3系のセラミックスプロトン伝導体を用いることができる。この電解質層20は、水素透過性金属層15上に、上記固体電解質を生成させることによって形成することができる。電解質層20を形成する方法としては、例えば、PVD、CVDなど種々の手法を用いることができる。このように、電解質層20を緻密な水素透過性金属層15上に成膜することにより、電解質層20の充分な薄膜化が可能となる。電解質層20を薄膜化することにより、電解質層20の膜抵抗をより低減することができ、従来の固体電解質型燃料電池の運転温度よりも低い温度である約200〜600℃程度で燃料電池を運転することが可能となる。 The electrolyte layer 20 is a layer made of a solid electrolyte having proton conductivity. As the solid electrolyte constituting the electrolyte layer 20, for example, BaCeO 3 or SrCeO 3 based ceramic proton conductors can be used. The electrolyte layer 20 can be formed on the hydrogen permeable metal layer 15 by generating the solid electrolyte. As a method of forming the electrolyte layer 20, various methods such as PVD and CVD can be used, for example. Thus, by forming the electrolyte layer 20 on the dense hydrogen permeable metal layer 15, the electrolyte layer 20 can be sufficiently thinned. By reducing the thickness of the electrolyte layer 20, the membrane resistance of the electrolyte layer 20 can be further reduced, and the fuel cell can be operated at about 200 to 600 ° C., which is lower than the operating temperature of the conventional solid electrolyte fuel cell. It becomes possible to drive.

カソード電極30は、電気化学反応を促進する触媒活性を有する材料を備える層である。本実施例では、電解質層20上にポーラス(多孔質)状の薄い白金(Pt)層を形成することによってカソード電極30を設けている。このカソード電極30となる白金(Pt)層は、例えばPVDあるいはCVDなどにより形成する。   The cathode electrode 30 is a layer including a material having catalytic activity that promotes an electrochemical reaction. In the present embodiment, the cathode electrode 30 is provided by forming a porous (porous) thin platinum (Pt) layer on the electrolyte layer 20. The platinum (Pt) layer that becomes the cathode electrode 30 is formed by, for example, PVD or CVD.

ガスセパレータ50,60は、カーボンや金属などの導電性材料によって構成されるガス不透過な板状部材である。ガスセパレータ50の表面には、単セル内酸化ガス流路90を形成するための所定の凹凸形状が形成されている。このガスセパレータ50の凹凸部は、集電体40と接触している。従って、アノード電極側から送られてくる電子は、ガスセパレータ50を介して集電体40に配電される。ガスセパレータ50は、このセパレータと接する集電体40と同種の材料により形成することが望ましい。一方ガスセパレータ60の表面には集電体100がろう付けにより接合されている。従って、集電体100から供給される電子は、ガスセパレータ60を介してカソード電極側に送電される。また、燃料電池スタック内において、隣り合う単セル500間に冷媒流路を設けることとしても良い。   The gas separators 50 and 60 are gas-impermeable plate-like members made of a conductive material such as carbon or metal. On the surface of the gas separator 50, a predetermined concavo-convex shape for forming the oxidizing gas flow path 90 in the single cell is formed. The uneven portion of the gas separator 50 is in contact with the current collector 40. Therefore, electrons sent from the anode electrode side are distributed to the current collector 40 via the gas separator 50. The gas separator 50 is preferably formed of the same material as the current collector 40 in contact with the separator. On the other hand, the current collector 100 is joined to the surface of the gas separator 60 by brazing. Therefore, the electrons supplied from the current collector 100 are transmitted to the cathode electrode side through the gas separator 60. Moreover, it is good also as providing a refrigerant flow path between the adjacent single cells 500 in a fuel cell stack.

なお、図1では記載を省略しているが、燃料電池スタック内には、燃料電池スタックを積層方向に貫通して、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールドおよび酸化ガス排出マニホールドが設けられている。燃料電池スタックに対して燃料ガスが供給されると、燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドを介して各単セル内燃料ガス流路80に分配されて電気化学反応に供され、その後燃料ガス排出マニホールドに集合して外部に導かれる。また、燃料電池スタックに対して酸化ガスが供給されると、酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールドを介して各単セル内酸化ガス流路90に分配されて電気化学反応に供され、その後酸化ガス排出マニホールドに集合して外部に導かれる。
それでは、以下に集電体100について説明する。
Although not shown in FIG. 1, the fuel cell stack penetrates in the stacking direction in the fuel cell stack, and a fuel gas supply manifold, a fuel gas discharge manifold, an oxidizing gas supply manifold, and an oxidizing gas discharge manifold. Is provided. When fuel gas is supplied to the fuel cell stack, the fuel gas is distributed to each in-cell fuel gas flow path 80 via the fuel gas supply manifold and used for the electrochemical reaction, and then the fuel gas discharge manifold. Are gathered together and guided to the outside. Further, when the oxidizing gas is supplied to the fuel cell stack, the oxidizing gas is distributed to the oxidizing gas flow paths 90 in each single cell via the oxidizing gas supply manifold, and is supplied to the electrochemical reaction, and thereafter the oxidizing gas. Collected in the discharge manifold and guided to the outside.
Now, the current collector 100 will be described below.

A2.集電体の構成:
図2は、本実施例における集電体100の概略構成を示す断面模式図である。図に示すように、本実施例における集電体100は、2枚の金属プレート110,120から構成されており、それぞれステンレス鋼(SUS)から成っている。集電体100において、金属プレート110は凸状に、金属プレート120は平坦に形成されており、金属プレート110の凸部以外の部分と、金属プレート120のそれに対応する部分とが、ろう付けにより接合されている。金属プレート110の凸部の頂部面は、金属膜から成るアノード電極10と面接触する。また、金属プレート110の凸部と金属プレート120とで囲まれる空間には、空気が封入され空気層130が形成されている。図1では、この集電体100のz方向における高さは、z方向におけるMEA70の厚さより小さく示されているが、実際には、集電体100のz方向における高さは、z方向におけるMEA70の厚さの4倍〜5倍程度となっている。図2に示すように、金属プレート120において、金属プレート110との接合面と反対の面は、ガスセパレータ60と接合されている。
A2. Current collector configuration:
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the current collector 100 in the present embodiment. As shown in the figure, the current collector 100 in this embodiment is composed of two metal plates 110 and 120, each of which is made of stainless steel (SUS). In the current collector 100, the metal plate 110 is formed in a convex shape and the metal plate 120 is formed in a flat shape, and a portion other than the convex portion of the metal plate 110 and a portion corresponding to that of the metal plate 120 are brazed. It is joined. The top surface of the convex portion of the metal plate 110 is in surface contact with the anode electrode 10 made of a metal film. Further, air is enclosed in a space surrounded by the convex portion of the metal plate 110 and the metal plate 120 to form an air layer 130. In FIG. 1, the height of the current collector 100 in the z direction is shown to be smaller than the thickness of the MEA 70 in the z direction, but in reality, the height of the current collector 100 in the z direction is It is about 4 to 5 times the thickness of the MEA 70. As shown in FIG. 2, in the metal plate 120, the surface opposite to the bonding surface with the metal plate 110 is bonded to the gas separator 60.

図3は、本実施例の集電体100における各凸部の概略配置図である。この図は、図1におけるA−A'断面をz方向から示した図である。図に示すように、集電体100の凸部は、ガスセパレータ60上に千鳥状に配置される。このようにすれば、燃料ガス(水素ガス)は、アノード電極10にスムーズに供給される。   FIG. 3 is a schematic arrangement view of each convex portion in the current collector 100 of the present embodiment. This figure is a diagram showing the AA ′ cross section in FIG. 1 from the z direction. As shown in the figure, the convex portions of the current collector 100 are arranged on the gas separator 60 in a staggered manner. In this way, the fuel gas (hydrogen gas) is smoothly supplied to the anode electrode 10.

A3.実施例の効果:
以上のように、本実施例における集電体100は、平坦な金属プレート120の表面に凸状の金属プレート110を形成して構成され、その金属プレート110の凸部における頂部面は、金属膜から成るアノード電極10と面接触するように構成されている(図1)。このようにすれば、集電体100によるアノード電極10の磨耗を抑制することができる。
A3. Effects of the embodiment:
As described above, the current collector 100 in the present embodiment is configured by forming the convex metal plate 110 on the surface of the flat metal plate 120, and the top surface of the convex portion of the metal plate 110 is a metal film. It is comprised so that it may be in surface contact with the anode electrode 10 which consists of (FIG. 1). In this way, wear of the anode electrode 10 by the current collector 100 can be suppressed.

また、本実施例では、集電体100において、金属プレート110の凸部と、金属プレート120とで囲まれる空間に空気が封入されて、空気層130が形成されている(図2)。このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、空気層130が熱膨張し、これにより集電体100(金属プレート110)における凸部の頂部面がz方向へ押し上げられ、集電体100の凸部の頂部面とアノード電極10との接触面圧を上昇させることができる。その結果、経年変化や熱劣化などによる集電体100とアノード電極10との接触面圧の低下を防止することができる。さらに、その後、燃料電池が作動終了し、その温度が作動温度域未満になると、空気層130の熱膨張による集電体100の凸部の頂部面のz方向への押し上げが低下される。従って、不必要に集電体100の凸部の頂部面とアノード電極10との間の接触面圧を上昇させることがなく、集電体100の凸部の頂部面における金属プレート110の経年変化や熱劣化などを抑制することができる。   Further, in the present embodiment, in the current collector 100, air is enclosed in a space surrounded by the convex portions of the metal plate 110 and the metal plate 120 to form an air layer 130 (FIG. 2). In this way, when the fuel cell is operated and the temperature in the fuel cell rises, the air layer 130 thermally expands, whereby the top surface of the convex portion of the current collector 100 (metal plate 110) is in the z direction. The contact surface pressure between the top surface of the convex portion of the current collector 100 and the anode electrode 10 can be increased. As a result, it is possible to prevent a decrease in contact surface pressure between the current collector 100 and the anode electrode 10 due to secular change, thermal deterioration, or the like. Further, after that, when the operation of the fuel cell is finished and the temperature thereof is lower than the operating temperature range, the push-up of the top surface of the convex portion of the current collector 100 due to the thermal expansion of the air layer 130 is reduced. Therefore, the contact surface pressure between the top surface of the convex portion of the current collector 100 and the anode electrode 10 is not increased unnecessarily, and the secular change of the metal plate 110 on the top surface of the convex portion of the current collector 100 is achieved. And heat deterioration can be suppressed.

上述のごとく、従来では、アノード電極10から電子を集電するための集電体として、繊維状の集電体を用いていた。この場合、上記した問題の他さらに、劣化によってその集電体の一部が脱落し、これによりガス流路内のガスの流れが妨げられるという問題もあった。これに対し、本実施例の集電体100は、2枚の金属プレート110,120を使用している。このようにすれば、従来の繊維状の集電体のように、劣化によってその集電体の一部が脱落することがなく、その結果、脱落した集電体によってガス流路内のガスの流れを妨げることがない。   As described above, conventionally, a fibrous current collector has been used as a current collector for collecting electrons from the anode electrode 10. In this case, in addition to the problems described above, there is also a problem that a part of the current collector falls off due to deterioration, and this prevents the gas flow in the gas flow path. On the other hand, the current collector 100 of the present embodiment uses two metal plates 110 and 120. In this way, unlike the conventional fibrous current collector, a part of the current collector does not fall off due to deterioration, and as a result, the gas collector in the gas flow path is caused by the dropped current collector. Does not obstruct the flow.

B.第2の実施例:
次に、本発明における第2の実施例を説明する。本実施例の燃料電池は、以下の点で第1の実施例の燃料電池と相違している。すなわち、第1の実施例の燃料電池では、アノード電極側の集電体として、凸状の金属プレートと平坦な金属プレートとを接合させ、それらの金属プレート間に空気を封入して構成されるものを用いていたが、本実施例の燃料電池は、アノード電極側の集電体として、熱膨張率の異なる2枚の金属プレートを接合させて構成されるものを複数用いている。従って、以下では、この第1の実施例と相違する点を中心に、本実施例を説明する。
B. Second embodiment:
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell of the present embodiment is different from the fuel cell of the first embodiment in the following points. That is, in the fuel cell of the first embodiment, the current collector on the anode electrode side is formed by joining a convex metal plate and a flat metal plate and enclosing air between the metal plates. However, the fuel cell of the present example uses a plurality of the current collectors on the anode electrode side which are formed by joining two metal plates having different thermal expansion coefficients. Therefore, in the following, the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

B1.燃料電池の構成:
図4は、本発明の第2の実施例における燃料電池の構成単位である単セル500'の概略構成を示す断面模式図である。本実施例における単セル500'は、第1の実施例の単セル500とほぼ同様の構成となっているが、図に示すように、本実施例の単セル500'は、第1の実施例の集電体100に代えて、複数の集電体100'を用いている。
以下に集電体100'について説明する。
B1. Fuel cell configuration:
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a single cell 500 ′ which is a structural unit of the fuel cell in the second embodiment of the present invention. The single cell 500 ′ in the present embodiment has almost the same configuration as the single cell 500 in the first embodiment, but as shown in the figure, the single cell 500 ′ in the present embodiment has the same structure as the first cell 500 ′. Instead of the current collector 100 of the example, a plurality of current collectors 100 ′ are used.
The current collector 100 ′ will be described below.

B2.集電体の構成:
図5は、本実施例における集電体100'の概略構成を示す断面模式図である。図に示すように、本実施例における集電体100'は、熱膨張率の異なる2枚の金属プレート110',120'から構成されるバイメタル構造となっており、金属プレート110'は、ステンレス鋼(SUS)から成り、金属プレート120'は、ステンレス鋼よりも熱膨張率が高い銅(Cu)から成っている。集電体100'において、金属プレート110'および金属プレート120'は、ほぼ同じ形状のステップ状(階段状)となっており、金属プレート120'上に金属プレート110'がクラット材で接合されている。集電体100'において、図に示すK部分をステップ部と呼び、H部分を保持部と呼ぶ。また、この金属プレート110'のステップ部の頂部面は、金属膜から成るアノード電極10と面接触している。図4では、この集電体100'のz方向における高さは、z方向におけるMEA70の厚さより小さく示されているが、実際には、集電体100'のz方向における高さは、z方向におけるMEA70の厚さの4倍〜5倍程度となっている。図5に示すように、集電体100'の保持部において、金属プレート120'と、ガスセパレータ60とがろう付けされて接合されている。これにより、集電体100'は、ガスセパレータ60に保持されている。
B2. Current collector configuration:
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the current collector 100 ′ in the present embodiment. As shown in the figure, the current collector 100 ′ in this example has a bimetallic structure composed of two metal plates 110 ′ and 120 ′ having different thermal expansion coefficients, and the metal plate 110 ′ is made of stainless steel. Made of steel (SUS), the metal plate 120 ′ is made of copper (Cu), which has a higher coefficient of thermal expansion than stainless steel. In the current collector 100 ′, the metal plate 110 ′ and the metal plate 120 ′ have substantially the same step shape (step shape), and the metal plate 110 ′ is joined to the metal plate 120 ′ with a clat material. Yes. In the current collector 100 ′, the K portion shown in the drawing is called a step portion, and the H portion is called a holding portion. The top surface of the step portion of the metal plate 110 ′ is in surface contact with the anode electrode 10 made of a metal film. In FIG. 4, the height of the current collector 100 ′ in the z direction is shown to be smaller than the thickness of the MEA 70 in the z direction, but actually the height of the current collector 100 ′ in the z direction is z It is about 4 to 5 times the thickness of the MEA 70 in the direction. As shown in FIG. 5, the metal plate 120 ′ and the gas separator 60 are brazed and joined at the holding portion of the current collector 100 ′. Thereby, the current collector 100 ′ is held by the gas separator 60.

なお、上記集電体100'のステップ部において、頂部面と保持部との間の斜面を斜面部と呼ぶ。上記した各集電体100'は、図4に示すように、斜面部を、燃料ガスの流れ方向(x方向)に対して対向させ、頂面部が保持部よりも燃料ガスの流れ方向の下流側になるように設置している。このようにすれば、燃料ガスは、集電体100'の斜面部に沿ってアノード電極10にスムーズに供給される。   In the step portion of the current collector 100 ′, the slope between the top surface and the holding portion is referred to as a slope portion. As shown in FIG. 4, each of the current collectors 100 ′ described above has a slope portion opposed to the fuel gas flow direction (x direction), and the top surface portion is downstream of the holding portion in the fuel gas flow direction. It is installed to be on the side. In this way, the fuel gas is smoothly supplied to the anode electrode 10 along the slope portion of the current collector 100 ′.

図6は、本実施例における集電体100'の概略配置図である。この図は、図4におけるB−B'断面をz方向から示した図である。図に示すように、各集電体100'は、ガスセパレータ60上に千鳥状に配置される。このようにすれば、燃料ガス(水素ガス)は、アノード電極10にスムーズに供給される。   FIG. 6 is a schematic layout diagram of the current collector 100 ′ in the present embodiment. This figure is a diagram showing the BB ′ cross section in FIG. 4 from the z direction. As shown in the figure, the current collectors 100 ′ are arranged on the gas separator 60 in a staggered manner. In this way, the fuel gas (hydrogen gas) is smoothly supplied to the anode electrode 10.

B3.実施例の効果:
以上のように、本実施例における集電体100'は、2枚のステップ状の金属プレート110',120'が接合されて構成され、その金属プレート110'のステップ部における頂部面は、金属膜から成るアノード電極10と面接触するように構成されている(図4)。このようにすれば、集電体100'によるアノード電極10の磨耗を抑制することができる。
B3. Effects of the embodiment:
As described above, the current collector 100 ′ in this embodiment is configured by joining two step-shaped metal plates 110 ′ and 120 ′, and the top surface of the step portion of the metal plate 110 ′ is made of metal. The anode electrode 10 made of a film is configured to be in surface contact (FIG. 4). In this way, wear of the anode electrode 10 due to the current collector 100 ′ can be suppressed.

また、本実施例における集電体100'は、金属プレート110'と熱膨張率が金属プレート110'より高い金属プレート120'からなるステップ状のバイメタル構造であり、かつ、保持部によりガスセパレータ60に保持されている(図5)。このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、金属プレート120'が金属プレート110'よりも大きく熱膨張し、これにより集電体100'(金属プレート110')におけるステップ部の頂部面がz方向へ押し上げられ、集電体100'のステップ部の頂部面とアノード電極10との接触面圧を上昇させることができる。その結果、経年変化や熱劣化などによる集電体100'とアノード電極10との接触面圧の低下を防止することができる。一方、その後、燃料電池が作動終了し、その温度が作動温度域未満になると、熱膨張による集電体100'のステップ部の頂部面のz方向への押し上げが低下される。従って、不必要に集電体100のステップ部の頂部面とアノード電極10との間の接触面圧を上昇させることがなく、集電体100のステップ部の頂部面における金属プレート110'の経年変化や熱劣化などを抑制することができる。   Further, the current collector 100 ′ in this embodiment has a step-like bimetal structure including a metal plate 110 ′ and a metal plate 120 ′ having a higher coefficient of thermal expansion than the metal plate 110 ′. (FIG. 5). In this way, when the fuel cell is activated and the temperature in the fuel cell rises, the metal plate 120 ′ expands more thermally than the metal plate 110 ′, thereby collecting the current collector 100 ′ (metal plate 110 ′). The top surface of the step portion in FIG. 5 is pushed up in the z direction, and the contact surface pressure between the top surface of the step portion of the current collector 100 ′ and the anode electrode 10 can be increased. As a result, it is possible to prevent a decrease in contact surface pressure between the current collector 100 ′ and the anode electrode 10 due to aging, thermal degradation, and the like. On the other hand, when the operation of the fuel cell ends and the temperature becomes lower than the operating temperature range, the pushing-up in the z direction of the top surface of the step portion of the current collector 100 ′ due to thermal expansion is reduced. Accordingly, the contact surface pressure between the top surface of the step portion of the current collector 100 and the anode electrode 10 is not increased unnecessarily, and the aging of the metal plate 110 ′ on the top surface of the step portion of the current collector 100 is aged. Changes and thermal degradation can be suppressed.

さらに、本実施例の集電体100'は、2枚の金属プレート110',120'を使用している。このようにすれば、従来の繊維状の集電材のように、劣化によってその集電材の一部が脱落することがなく、その結果、脱落にした集電材によってガス流路内のガスの流れを妨げることがない。   Further, the current collector 100 ′ of the present embodiment uses two metal plates 110 ′ and 120 ′. In this way, unlike the conventional fibrous current collector, a part of the current collector is not dropped due to deterioration, and as a result, the gas flow in the gas flow path is reduced by the dropped current collector. There is no hindrance.

C.変形例:
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
C. Variation:
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

C1.変形例1:
上記実施例において、セパレータ60は、集電体100および100'とは別部材として扱ったが、本発明はこれに限られるものではなく、セパレータ60も集電体100もしくは100'の一部として扱ってもよい。
C1. Modification 1:
In the above embodiment, the separator 60 is treated as a separate member from the current collectors 100 and 100 ′. However, the present invention is not limited to this, and the separator 60 is also a part of the current collector 100 or 100 ′. May be handled.

C2.変形例2:
上記第1の実施例において、集電体100は、ガスセパレータ60に接合され、集電体100の凸部における頂部面がアノード電極10と接触するように構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。集電体100は、アノード電極10に接合され、集電体100の頂部面がガスセパレータ60と面接触するよう構成されてもしてもよい。この場合、集電体100において、アノード電極10に燃料ガスが接することができるように、凸部以外の部分について多数の孔を空けるように構成する。このようにすれば、集電体100は、アノード電極10と面接触するので、集電体100によるアノード電極10の磨耗を抑制することができる。また、このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、空気層130が熱膨張し、これにより集電体100(金属プレート110)における凸部の頂部面がz方向へ押し上げられ、集電体100の凸部の頂部面とセパレータ60との接触面圧を上昇させることができる。その結果、集電体100とアノード電極10との接触面圧も上昇するので、経年変化や熱劣化などによる集電体100とアノード電極10との接触面圧の低下を防止することができる。
C2. Modification 2:
In the first embodiment, the current collector 100 is joined to the gas separator 60, and the top surface of the convex portion of the current collector 100 is configured to contact the anode electrode 10. It is not limited to. The current collector 100 may be bonded to the anode electrode 10 so that the top surface of the current collector 100 is in surface contact with the gas separator 60. In this case, the current collector 100 is configured to have a large number of holes in portions other than the convex portions so that the fuel gas can contact the anode electrode 10. In this way, since the current collector 100 is in surface contact with the anode electrode 10, wear of the anode electrode 10 by the current collector 100 can be suppressed. In this way, when the fuel cell is operated and the temperature in the fuel cell rises, the air layer 130 thermally expands, whereby the top surface of the convex portion of the current collector 100 (metal plate 110) becomes z. The contact surface pressure between the top surface of the convex portion of the current collector 100 and the separator 60 can be increased. As a result, the contact surface pressure between the current collector 100 and the anode electrode 10 also increases, so that it is possible to prevent a decrease in the contact surface pressure between the current collector 100 and the anode electrode 10 due to secular change or thermal degradation.

C3.変形例3:
上記第2の実施例において、集電体100'は、ガスセパレータ60に接合され、集電体100'のステップ部における頂部面がアノード電極10と接触するように構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。集電体100'において、保持部がアノード電極10に接合され、集電体100'の頂部面がガスセパレータ60と接触するように構成されていてもよい。このようにすれば、集電体100'(保持部)はアノード電極10と面接触するので、集電体100'によるアノード電極10の磨耗を抑制することができる。また、このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、金属プレート120'が金属プレート110'よりも大きく熱膨張し、これにより集電体100'(金属プレート110')におけるステップ部の頂部面がz方向へ押し上げられ、金属プレート110'のステップ部の頂部面とガスセパレータ60との接触面圧を上昇させることができる。その結果、集電体100'とアノード電極10との接触面圧も上昇するので、経年変化や熱劣化などによる集電体100'とアノード電極10との接触面圧の低下を防止することができる。
C3. Modification 3:
In the second embodiment, the current collector 100 ′ is joined to the gas separator 60, and the top surface of the step portion of the current collector 100 ′ is configured to come into contact with the anode electrode 10. Is not limited to this. In the current collector 100 ′, the holding portion may be joined to the anode electrode 10, and the top surface of the current collector 100 ′ may be in contact with the gas separator 60. In this way, since the current collector 100 ′ (holding portion) is in surface contact with the anode electrode 10, the wear of the anode electrode 10 by the current collector 100 ′ can be suppressed. In this way, when the fuel cell is operated and the temperature in the fuel cell rises, the metal plate 120 ′ expands more thermally than the metal plate 110 ′, and thereby the current collector 100 ′ (metal plate 110). The top surface of the step portion in ') is pushed up in the z direction, and the contact surface pressure between the top surface of the step portion of the metal plate 110 ′ and the gas separator 60 can be increased. As a result, the contact surface pressure between the current collector 100 ′ and the anode electrode 10 also increases, so that it is possible to prevent a decrease in the contact surface pressure between the current collector 100 ′ and the anode electrode 10 due to aging, thermal degradation, and the like. it can.

C4.変形例4:
上記第1の実施例において、集電体100を構成する2枚の金属プレート110,120は、ステンレス鋼(SUS)から構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、金属プレート110,120は、それぞれ、鉄(Fe)や銅(Cu)などから構成されていてもよい。また、金属プレート110と金属プレート120は、それぞれ異なる金属で構成されてもよい。
C4. Modification 4:
In the first embodiment, the two metal plates 110 and 120 constituting the current collector 100 are made of stainless steel (SUS), but the present invention is not limited to this. For example, the metal plates 110 and 120 may be made of iron (Fe), copper (Cu), or the like. Further, the metal plate 110 and the metal plate 120 may be made of different metals.

C5.変形例5:
上記第1の実施例において、集電体100は、金属プレート110と金属プレート120との間に空気を封入して空気層130を形成しているが、本発明はこれに限られるものではなく、空気の代りに、酸素ガス(O)、窒素ガス(N)、もしくは炭酸ガス(CO)などを封入してもよい。
C5. Modification 5:
In the first embodiment, the current collector 100 encloses air between the metal plate 110 and the metal plate 120 to form the air layer 130. However, the present invention is not limited to this. Instead of air, oxygen gas (O 2 ), nitrogen gas (N 2 ), carbon dioxide gas (CO 2 ), or the like may be enclosed.

C6.変形例6:
上記実施例ではアノード電極10をパラジウム(Pd)もしくはパラジウム(Pd)合金などにより形成したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、アノード電極10をルテニウム(Ru)により形成してもよい。また、アノード電極10を金属以外の材料により形成することとしても良い。例えば、プロトン伝導性と電子伝導性とを有する混合伝導体によりアノード電極10を形成することができる。このような混合伝導体としては、例えば、SrZrO系あるいはBaCeO系の固体酸化物や、酸化タングステン(WO)を用いることができる。この固体酸化物は、構成元素の組成を調節することにより、プロトン導電性に加えて電子伝導性を発現可能となる。
C6. Modification 6:
In the above embodiment, the anode electrode 10 is formed of palladium (Pd) or a palladium (Pd) alloy, but the present invention is not limited to this. For example, the anode electrode 10 may be formed of ruthenium (Ru). The anode electrode 10 may be formed of a material other than metal. For example, the anode electrode 10 can be formed by a mixed conductor having proton conductivity and electron conductivity. As such a mixed conductor, for example, a SrZrO 3 -based or BaCeO 3 -based solid oxide or tungsten oxide (WO 3 ) can be used. This solid oxide can exhibit electronic conductivity in addition to proton conductivity by adjusting the composition of the constituent elements.

C7.変形例7:
上記実施例では、カソード電極30をポーラス状に形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、アノード電極10と同様に膜状に形成してもよい。この場合、膜を形成する材料としては、電気化学反応を促進する触媒活性を有し、さらに、プロトン伝導性も有するパラジウム(Pd)、パラジウム(Pd)合金もしくはルテニウム(Ru)などの金属を用いる。また、変形例6に記載した混合伝導体、若しくは、酸化物イオン伝導性と電子伝導性とを有する混合伝導体(例えば、BaPrCoO系の固体酸化物)により、カソード電極30を膜状に形成するようにしてもよい。
C7. Modification 7:
In the above embodiment, the cathode electrode 30 is formed in a porous shape. However, the present invention is not limited to this, and may be formed in a film shape in the same manner as the anode electrode 10. In this case, as a material for forming the film, a metal such as palladium (Pd), palladium (Pd) alloy, or ruthenium (Ru) having catalytic activity for promoting an electrochemical reaction and also having proton conductivity is used. . Further, the cathode electrode 30 is formed in a film shape from the mixed conductor described in the modification 6 or the mixed conductor having oxide ion conductivity and electron conductivity (for example, BaPrCoO 3 -based solid oxide). You may make it do.

C8.変形例8:
上記実施例もしくは上記変形例7において、カソード電極30側の集電体として、繊維状である集電体40を用いているが、本発明はこれに限られるものではなく、集電体40に代えて、上記実施例における集電体100もしくは100'をさらに用いてもよい。集電体100を用いる場合には、金属プレート110をガスセパレータ50に接合し、頂部面をカソード電極30に面接触するように構成してもよいし、もしくは、金属プレート110をカソード電極30に接合し、頂部面をガスセパレータ50に面接触するように構成してもよい。集電体100'を用いる場合には、保持部をガスセパレータ50に接合し、頂部面をカソード電極30に面接触するように構成してもよいし、もしくは、保持部をカソード電極30に接合し、頂部面をガスセパレータ50に面接触するように構成してもよい。
C8. Modification 8:
In the embodiment or the modification example 7, the fibrous current collector 40 is used as the current collector on the cathode electrode 30 side, but the present invention is not limited to this, and the current collector 40 is not limited to this. Instead, the current collector 100 or 100 ′ in the above embodiment may be further used. When the current collector 100 is used, the metal plate 110 may be bonded to the gas separator 50 and the top surface may be in surface contact with the cathode electrode 30, or the metal plate 110 may be connected to the cathode electrode 30. The top surface may be in surface contact with the gas separator 50. When the current collector 100 ′ is used, the holding portion may be bonded to the gas separator 50 and the top surface may be in surface contact with the cathode electrode 30, or the holding portion may be bonded to the cathode electrode 30. The top surface may be in surface contact with the gas separator 50.

C9.変形例9:
上記実施例において、MEA70は、水素透過性金属層15を有しているが、これを省略してもよい。
C9. Modification 9:
In the above embodiment, the MEA 70 has the hydrogen permeable metal layer 15, but this may be omitted.

C10.変形例10:
上記第2の実施例における集電体100'は、ステンレス鋼(SUS)からなる金属プレート110'と、銅(Cu)から成る金属プレート120'から成っているが、本発明はこれに限られるものではない。金属プレート120'は、金属プレート110'よりも熱膨張率が高ければよく、例えば、金属プレート110'を、Ni−Fe(Ni:36〜46%)、フェライト系SUS(SUS430)、ZMG232、コバールなどとし、金属プレート120'を、Cu,Cu−Zn,Ni−Mn−Fe,Ni−Cr−Fe,オーステナイト系(SUS304,316)などとしてもよい。この場合、集電体100'は、上記金属プレート110'と上記金属プレート120'のいずれかの組み合わせのバイメタル構造として形成することができる。さらに、金属プレート110'と金属プレート120'を、それぞれステンレス鋼(SUS)からなる基材にニッケル(Ni)を添加したもので形成し、金属プレート110'と金属プレート120'との間でNi添加量を調整することにより金属プレート120'の熱膨張率を金属プレート110'よりも高くするようにしてもよい。この場合、金属プレート110'におけるNiの添加量を、金属プレート120'におけるNiの添加量より少なくするようにする。以上のように、集電体100'を形成しても、上記第2の実施例の効果を奏することができる。
C10. Modification 10:
The current collector 100 ′ in the second embodiment is composed of a metal plate 110 ′ made of stainless steel (SUS) and a metal plate 120 ′ made of copper (Cu), but the present invention is limited to this. It is not a thing. The metal plate 120 ′ only needs to have a higher thermal expansion coefficient than the metal plate 110 ′. The metal plate 120 ′ may be made of Cu, Cu—Zn, Ni—Mn—Fe, Ni—Cr—Fe, austenite (SUS304, 316), or the like. In this case, the current collector 100 ′ can be formed as a bimetal structure of any combination of the metal plate 110 ′ and the metal plate 120 ′. Further, each of the metal plate 110 ′ and the metal plate 120 ′ is formed by adding nickel (Ni) to a base material made of stainless steel (SUS), and the Ni is interposed between the metal plate 110 ′ and the metal plate 120 ′. The coefficient of thermal expansion of the metal plate 120 ′ may be made higher than that of the metal plate 110 ′ by adjusting the addition amount. In this case, the amount of Ni added to the metal plate 110 ′ is made smaller than the amount of Ni added to the metal plate 120 ′. As described above, even when the current collector 100 ′ is formed, the effect of the second embodiment can be obtained.

第1の実施例における燃料電池の構成単位である単セル500の概略構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of the single cell 500 which is a structural unit of the fuel cell in a 1st Example. 第1の実施例における集電体100の概略構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of the electrical power collector 100 in a 1st Example. 第1の実施例の集電体100における各凸部の概略配置図である。It is a schematic arrangement | positioning figure of each convex part in the electrical power collector 100 of a 1st Example. 第2の実施例における燃料電池の構成単位である単セル500'の概略構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of single cell 500 'which is a structural unit of the fuel cell in a 2nd Example. 第2の実施例における集電体100'の概略構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematic structure of collector 100 'in a 2nd Example. 第2の実施例における集電体100'の概略配置図である。It is a schematic layout of current collector 100 ′ in the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10...アノード電極
15...水素透過性金属層
20...電解質層
30...カソード電極
40...集電体
50,60...ガスセパレータ
70...MEA
75...多層体
80...単セル内燃料ガス流路
90...単セル内酸化ガス流路
100,100'...集電体
110,120,110',120'...金属プレート
500,500'...単セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Anode electrode 15 ... Hydrogen permeable metal layer 20 ... Electrolyte layer 30 ... Cathode electrode 40 ... Current collector 50, 60 ... Gas separator 70 ... MEA
75 ... Multi-layer body 80 ... Fuel gas flow path in single cell 90 ... Oxidation gas flow path in single cell 100, 100 '... Current collector 110, 120, 110', 120 '... Metal plate 500,500 '... Single cell

Claims (9)

燃料電池に用いられる集電体であって、
前記燃料電池の電極と接触する面部分を有し、該面部分と前記電極との間の接触面圧を上昇させる接触面圧上昇部を備えることを特徴とする燃料電池の集電体。
A current collector used in a fuel cell,
A current collector for a fuel cell, comprising: a surface portion in contact with the electrode of the fuel cell; and a contact surface pressure increasing portion for increasing a contact surface pressure between the surface portion and the electrode.
請求項1に記載の燃料電池の集電体において、
前記電極は、膜状に形成されており、
前記接触面圧上昇部において、
前記面部分は、膜状に形成される前記電極と面接触することを特徴とする燃料電池の集電体。
The current collector of the fuel cell according to claim 1,
The electrode is formed in a film shape,
In the contact surface pressure increasing portion,
The collector of a fuel cell, wherein the surface portion is in surface contact with the electrode formed in a film shape.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部は、
金属プレートにより構成され、
前記燃料電池の作動に伴う発熱を利用して、前記金属プレートの面部分と前記電極との接触面圧を上昇させることを特徴とする燃料電池の集電体。
The current collector of the fuel cell according to claim 1 or 2,
The contact surface pressure increasing portion is
Consists of metal plates,
A current collector for a fuel cell, wherein the contact surface pressure between the surface portion of the metal plate and the electrode is increased using heat generated by the operation of the fuel cell.
請求項3に記載の燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第1の金属プレートと、第2の金属プレートとで構成され、
前記第1の金属プレートと前記第2の金属プレートとの間に封入される、前記燃料電池の作動温度域で熱膨張する気体層を備えることを特徴とする燃料電池の集電体。
The current collector of the fuel cell according to claim 3,
In the contact surface pressure increasing portion,
The metal plate is composed of a first metal plate having the surface portion and a second metal plate,
A fuel cell current collector, comprising: a gas layer thermally expanded in an operating temperature range of the fuel cell, which is enclosed between the first metal plate and the second metal plate.
請求項4に記載の燃料電池の集電体において、
前記第1の金属プレートは、凸状であり、その頂部が前記面部分となることを特徴とする燃料電池の集電体。
The current collector of the fuel cell according to claim 4,
The current collector of the fuel cell, wherein the first metal plate has a convex shape, and a top portion thereof serves as the surface portion.
請求項3に記載の燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第1の金属プレートと、第2の金属プレートとから構成されるバイメタル構造であり、前記第2の金属プレートは前記第1の金属プレートより熱膨張率が高いことを特徴とする燃料電池の集電体。
The current collector of the fuel cell according to claim 3,
In the contact surface pressure increasing portion,
The metal plate has a bimetal structure including a first metal plate having the surface portion and a second metal plate, and the second metal plate has a thermal expansion coefficient higher than that of the first metal plate. A current collector of a fuel cell characterized by having a high value.
請求項6に記載の燃料電池の集電体において、
バイメタル構造である前記金属プレートの形状は、ステップ状であり、その頂部が前記面部分となることを特徴とする燃料電池の集電体。
The current collector of the fuel cell according to claim 6,
A current collector for a fuel cell, wherein the metal plate having a bimetal structure has a step shape, and a top portion thereof serves as the surface portion.
燃料電池であって、
第1および第2の電極と、
前記第1および第2電極との間に挟持される電解質膜と、
前記第1の電極と接する請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の集電体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
A fuel cell,
First and second electrodes;
An electrolyte membrane sandwiched between the first and second electrodes;
The current collector according to any one of claims 1 to 7, which is in contact with the first electrode;
A fuel cell comprising:
請求項8に記載の燃料電池において、
前記第1の電極は、水素透過性金属膜で構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 8, wherein
The fuel cell, wherein the first electrode is formed of a hydrogen permeable metal film.
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