JP2006216417A - チューブ型燃料電池用膜電極複合体およびチューブ型燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、フラッディングを防止することができ、コストの削減が可能であるチューブ型燃料電池用膜電極複合体を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明は、チューブ状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、上記外側触媒電極層の外周面に配置された外側集電体と、上記内側触媒電極層の内周面に配置された内側集電体とを有するチューブ型燃料電池用膜電極複合体であって、
上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成されていることを特徴とするチューブ型燃料電池用膜電極複合体を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チューブ状に形成することにより、コストを低減し、かつ小型化が可能なチ
ューブ型燃料電池に用いられるチューブ型燃料電池用膜電極複合体に関する。

従来の平板構造の固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と称する場合がある。）の最小発電単位である単位セルは、一般に固体電解質膜の両側に触媒電極層が接合されている膜電極複合体を有し、この膜電極複合体の両側にはガス拡散層が配されている。さらに、その外側にはガス流路を備えたセパレータが配されており、ガス拡散層を介して膜電極複合体の触媒電極層へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。

上記燃料電池の小型化のため、および、単位体積当たりの発電反応面積を大きくするためには、燃料電池の上記構成部材の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、このような従来の平板構造の燃料電池においては、各構成部材の厚さをある一定以下の値にすることは、機能面や強度面から好ましくなく、設計限界に近づきつつある。例えば、現在汎用されているナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）の膜は厚さが一定以下になるとガス透過性が大きくなりすぎ、セル内でガスのクロスリークが生じて発電電圧が低下する等の問題がある。このようなことから、従来の平板構造の燃料電池の単位体積当たりの出力密度を一定以上に向上させることは構造上困難である。

そこで、中空糸等を用い、その内面および外面に電解質膜や触媒電極層等を積層したチューブ形状の膜電極複合体を用いて燃料電池を構成することにより出力密度を高める研究が行なわれている。このようなチューブ形状の膜電極複合体は、多数の径の細いチューブを密に配することにより、従来の平板構造の燃料電池に比べ、単位体積当たりの出力密度を大幅に向上することができる(特許文献１参照)。

このようなチューブ形状の膜電極複合体を用いた燃料電池に用いられる触媒電極層には、活性過電圧の低い白金系の触媒をカーボンに担持して用いるのが一般的である。しかしながら、白金等は高価な貴金属であるため、その貴金属の使用が燃料電池の低コスト化の妨げとなっている。

また、上記チューブ形状の膜電極複合体を用いた燃料電池において、発電に必要な燃料ガスおよび酸化剤ガスは、チューブ形状の膜電極複合体の中心部の空間、またはチューブ形状の膜電極複合体の外側、つまり膜電極複合体と他の膜電極複合体との間の空間を用いて通流される。上述したように、触媒電極層には高価な白金触媒が用いられているが、膜電極複合体の中心部の空間を通流する燃料ガスまたは酸化剤ガスは、入り口側付近で発電反応により、大量に消費されてしまうため、出口側付近の白金触媒はほとんど発電反応に寄与していないという現象が起こりやすくなる。したがって、高価な貴金属を有効に利用することができず、コスト的な面からも大きな問題となっていた。

さらに、チューブ形状の膜電極複合体の中心の空間を通流する燃料ガスまたは酸化剤ガスが、入り口側付近で大量に消費されることにより、上記ガスの流量が徐々に減り、流速が弱まるため、発電反応により生じた生成水等の排出が困難となるといった問題が生じた。

特開２００２−１２４２７３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、フラッディングを防止することができ、コストの削減が可能であるチューブ型燃料電池用膜電極複合体を提供することを主目的とするものである。

本発明は、チューブ状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、上記外側触媒電極層の外周面に配置された外側集電体と、上記内側触媒電極層の内周面に配置された内側集電体とを有するチューブ型燃料電池用膜電極複合体であって、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成されていることを特徴とするチューブ型燃料電池用膜電極複合体を提供する。

本発明によれば、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成されていることにより、反応ガスを上記内径の大きい端部側から小さい端部側へ通流させる過程において、上記反応ガスの流速の低下を防ぐことができるため、生成水等の排出を効率よく行うことができ、フラッディングを防止することが可能となる。

また、本発明においては、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の外径が、他方の端部側の外径と比較して小さくなるように形成されていることが好ましい。これにより、上記内径が小さい端部側における上記内側触媒電極層内の白金触媒の含有量、および上記外径が小さい端部側における上記外側触媒電極層内の白金触媒の含有量を減らすことが可能となるからである。したがって、貴金属である白金を効率的に利用することができるとともに、貴金属の総使用量を削減することができ、コストの削減が可能となる。

さらに本発明においては、上述したチューブ型燃料電池用膜電極複合体を用いたことを特徴とするチューブ型燃料電池を提供する。本発明のチューブ型燃料電池は、上述したようなチューブ型燃料電池用膜電極複合体を用いたものであるので、発電性能が良好であり、コストの削減が可能となるといった利点を有する。

本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体は、フラッディングを防止することができ、貴金属の総使用量を減らすことにより、コストを削減することができるといった効果を奏する。

本発明は、チューブ型燃料電池用膜電極複合体およびチューブ型燃料電池に関するものである。以下、これらについて説明する。

Ａ．チューブ型燃料電池用膜電極複合体
以下、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体について、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の一例を示すものである。図１に示すように、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体１は、チューブ状の固体電解質膜２と、その固体電解質膜２の外周面に形成された外側触媒電極層３と、固体電解質膜２の内周面に形成された内側触媒電極層４と、上記外側触媒電極層３の外周面を覆うように形成された外側集電体５と、上記内側触媒電極層４の内周面を覆うように形成された内側集電体６とを有するものであり、チューブ型燃料電池用膜電極複合体１の一方の端部側の内径ｂの方が他方の端部側の内径ａと比較して小さくなるように形成されている。

ここで、一般的なチューブ型燃料電池用膜電極複合体の場合、上記反応ガスをチューブ形状の膜電極複合体の中心部の空間に通流させた際、上記膜電極複合体の入り口側で反応ガスが大量に消費されることにより、上記反応ガスが上記膜電極複合体の出口側へ流れるに従い、反応ガスの流量が減少し、流速が弱まる可能性が生じる。したがって、反応により生じた生成水等を押し流すことのできる圧力を出口側まで維持させることが困難となってしまい、フラッディングを起こしやすくなるという問題があった。

一方、本発明においては、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径が、他方の端部側の内径と比較して小さいものとすることで、上記内径の大きい端部側から小さい端部側へ反応ガスを通流させることにより、上記反応ガスの流速の低下を防ぐことができるため、反応により生じた生成水等を押し流すことのできる流量を上記膜電極複合体の内径の小さい端部側まで維持させることができる。したがって、生成水等の排出を効率よく行うことができ、フラッディングを防止することが可能となる。

このように、本発明においては、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径の方が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成されていることを特徴とするものであるが、上記内径が大きい方の端部側の内径を１とした場合に、上記内径が小さい方の端部側の内径は、０．５〜０．６の範囲内であることが好ましく、特に０．５５〜０．５７の範囲内、中でも０．５６１〜０．５６２の範囲内であることが好ましい。これにより、本発明における効果が十分に発揮されるからである。

また本発明において、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径が大きい方の端部側の内径は、１〜３０００μｍの範囲内であることが好ましく、中でも１０００〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。一方、本発明における上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径が小さい方の端部側の内径は、５５０〜１１２４μｍの範囲内であることが好ましく、中でも５６１〜１１００μｍであることが好ましい。

本発明において、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径を他方の端部側の内径よりも小さくさせる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば図２（ａ）に示すように固体電解質膜２、外側触媒電極層３および内側触媒電極層４の各々の内径を小さくすることにより、各層の層の厚みを変えずに一方の端部側の内径を他方の端部側の内径よりも小さくさせる方法や、図２（ｂ）に示すように固体電解質膜２および外側触媒電極層３の各々の内径および厚みは変えずに、内側触媒電極層４のみの層の厚みを一方の端部側へ厚くさせて他方の端部側よりも内径を小さくさせる方法等が挙げられる。本発明においては、固体電解質膜、外側触媒電極層および内側触媒電極層の各々の内径を小さくすることにより、各層の層の厚みを変えずに一方の端部側の内径を他方の端部側の内径よりも小さくさせる方法を用いることが好ましい。これは、以下の理由による。

すなわち、一般的なチューブ型燃料電池用膜電極複合体を用いた場合、上記反応ガスをチューブ形状の膜電極複合体の中心部の空間に通流させた際、上記膜電極複合体の入り口側で反応により反応ガスが大量に消費され、上記反応ガスが上記膜電極複合体の出口側へ流れるに従い、反応ガスの濃度が減少してしまい、出口側付近では反応があまり起こらない可能性が生じる。つまり、チューブ形状の膜電極複合体の反応ガスの出口側付近に存在する白金触媒は、発電反応にほとんど寄与していない可能性が生じるという問題があった。

一方、上述したような固体電解質膜、外側触媒電極層および内側触媒電極層の各々の内径を小さくすることにより、各層の層の厚みを変えずに一方の端部側の内径を他方の端部側の内径よりも小さくさせる方法を用いた場合、上記内径が小さい端部側の上記内側触媒電極層内における白金触媒の含有量を、上記内径が大きい端部側の上記内側触媒電極層内における白金触媒の含有量よりも少なくすることができる。これにより、反応ガスを内径の大きい端部側から通流させた際、反応のあまり起こらない内径が小さい端部側において、発電反応に寄与しない白金触媒を減少させることが可能となる。したがって、貴金属である白金を効率的に利用することができるとともに、貴金属の総使用量を削減することができ、コストの削減が可能となる。
また、上述したような固体電解質膜、外側触媒電極層および内側触媒電極層の各々の内径を小さくすることにより、各層の層の厚みを変えずに一方の端部側の内径を他方の端部側の内径よりも小さくさせる方法を用いた場合、例えば後述する製造方法を用いることにより、容易に製造することが可能であるという利点も有する。

また、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の端部間における上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径は、その一方の端部側の内径が他方の端部側の内径と比較して小さいものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、図２（ａ）に示すように内径の大きい方の端部側から内径の小さい方の端部側へ内径を連続的に小さくさせていてもよく、図３に示すように内径の大きい方の端部側から内径の小さい方の端部側へ内径を段階的に小さくさせていてもよい。本発明においては、内径の大きい方の端部側から内径の小さい方の端部側へ内径を連続的に小さくさせている方が好ましい。これにより、反応ガスが滞留することなく流れるからである。また、例えば後述する「３．集電体」の項で説明するテーパー型のコイル状集電体を用いることにより、容易に集電体を配置することが可能となり、さらに触媒電極層と集電体との密着性も良好となるからである。

さらに、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体においては、その一方の端部側の内径が、他方の端部側の内径よりも小さい内径であれば、その端部側は、例えば図１に示すように開口していてもよく、図には示さないが開口していなくてもよいが、本発明においてはその端部側は開口している方が好ましい。これにより、反応により生じた生成水等の排出を行うことができ、フラッディングを防止することが可能となるからである。

本発明においては、図１に示すようにチューブ型燃料電池用膜電極複合体１のチューブの一方の端部側の外径ｄの方が、他方の端部側の外径ｃと比較して小さいものとすることが好ましい。なお、ここで、本発明においては図１に示すように内径が小さい端部側は外径が小さい端部側と同じ側にあるものとする。

このように、本発明においては、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の外径の方が、他方の端部側の外径と比較して小さくなるように形成されていることが好ましいものであるが、本発明における外径が大きい方の端部側の外径を１とした場合、外径が小さい方の端部側の外径は、０．５〜０．６の範囲内であることが好ましく、特に０．５５〜０．５７の範囲内、中でも０．５６１〜０．５６２の範囲内であることが好ましい。これにより、本発明における効果が十分に発揮されるからである。

また本発明において、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径が大きい方の端部側の外径は、１〜３０００μｍの範囲内であることが好ましく、中でも１０００〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。一方、本発明における上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径が小さい方の端部側の外径は、５５０〜１１２４μｍの範囲内であることが好ましく、中でも５６１〜１１００μｍであることが好ましい。

また、本発明において、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の外径を他方の端部側の外径よりも小さくさせる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば図２（ａ）に示すように固体電解質膜２、外側触媒電極層３および内側触媒電極層４の各々の外径を小さくすることにより、各層の層の厚みを変えずに一方の端部側の外径を他方の端部側の外径よりも小さくさせる方法を挙げることができる。

さらに、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の端部間における上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径は、その一方の端部側の外径の方が、他方の端部側の外径と比較して小さいものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、図２（ａ）に示すように外径の大きい方の端部側から外径の小さい方の端部側へ外径を連続的に小さくさせていてもよく、図３に示すように外径の大きい方の端部側から外径の小さい方の端部側へ外径を段階的に小さくさせていてもよい。本発明においては、外径の大きい方の端部側から外径の小さい方の端部側へ外径を連続的に小さくさせている方が好ましい。これにより、例えば後述する「３．集電体」の項で説明するテーパー型のコイル状集電体を用いることにより、容易に集電体を配置することが可能となり、さらに触媒電極層と集電体との密着性も良好となるからである。

本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の製造方法は、上述したようなチューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径の方が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成することが可能な方法であれば、特に限定されるものではないが、例えば、押出し法に用いられる通常のチューブ型形成用の型の内周面形成用部分の出口側に、所望の内周面形状に沿った外周面形状を有するテーパー型のノズルと、上記チューブ型形成用の型の外周面形成用部分の出口側に、所望の外周面形状に沿った内周面形状を有するテーパー型の中空パイプとを取り付けた型を用いて固体電解質膜の材料を押し出す方法や、あらかじめ固体電解質膜の材料をチューブ型形成用の型を用いた押出し法により押し出し、そのチューブ状の固体電解質膜の一部を周方向に圧迫させたままチューブ形状の軸方向へ延伸させる方法により、固体電解質膜の一方の端部側の内径が他方の端部側の内径と比較して小さい固体電解質膜を形成した後、触媒電極層を形成するために用いられる触媒電極層形成用塗工液中に上記固体電解質膜を浸し、引き上げた後、触媒電極層の厚みが均一になるように乾燥させ、上記固体電解質膜の外周面および内周面に触媒電極層を形成する方法を用いることができる。これにより、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径の方が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成されたチューブ型燃料電池用膜電極複合体を簡便に形成することが可能となる。
以下、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の各構成について説明する。

１．内側触媒電極層および外側触媒電極層
まず、本発明に用いられる外側触媒電極層および内側触媒電極層について説明する。本発明において、これらの外側触媒電極層および内側触媒電極層は、通常の平面構造の燃料電池用膜電極複合体に用いられているものを用いることが可能である。具体的には、パーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）等のプロトン伝導材、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の導電性材料、および上記導電性材料に担持された白金等の触媒を含むものである。
以下、このような内側触媒電極層および外側触媒電極層についてそれぞれに分けて説明する。

本発明における内側触媒電極層は、図１に示すように固体電解質膜２の内周面に形成されたものであり、上述したように内側触媒電極層は上記導電性材料に担持された白金等の触媒を含むものである。
本発明においては、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径が小さい方の端部側における内側触媒電極層内の触媒の含有量の方が、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径が大きい方の端部側における内側触媒電極層の触媒の含有量と比較して少ないものとすることが好ましい。具体的には、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の全体の長さを１とした場合、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径の小さい方の端部から、内径の小さい方の端部より内径の大きい方の端部側へ０．１の長さである位置までの領域内における内側触媒電極層内の触媒の質量は、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の全体の長さを１とした場合、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の内径の大きい方の端部から、内径の大きい方の端部より内径の小さい方の端部側へ０．１の長さである位置までの領域内における内側触媒電極層の触媒の質量に対して、０．５〜０．６の範囲内であることが好ましく、中でも０．５５〜０．５７の範囲内であることが好ましい。これにより、反応を効率的に行うことができ、貴金属である白金を効率的に利用することができるとともに、貴金属の総使用量を削減することができ、コストの削減が可能となるからである。

また、本発明における外側触媒電極層は、図１に示すように固体電解質膜２の外周面に形成されたものであり、上述したように外側触媒電極層は上記導電性材料に担持された白金等の触媒を含むものである。
本発明においては、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径が小さい方の端部側における外側触媒電極層内の触媒の含有量の方が、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径が大きい方の端部側における外側触媒電極層の触媒の含有量と比較して少ないものとすることが好ましい。具体的には、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の全体の長さを１とした場合、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径の小さい方の端部から、外径の小さい方の端部より外径の大きい方の端部側へ０．１の長さである位置までの領域内における外側触媒電極層内の触媒の質量は、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の全体の長さを１とした場合、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の外径の大きい方の端部から、外径の大きい方の端部より外径の小さい方の端部側へ０．１の長さである位置までの領域内における外側触媒電極層の触媒の質量に対して、０．５〜０．６の範囲内であることが好ましく、中でも０．５５〜０．５７の範囲内であることが好ましい。これにより、反応を効率的に行うことができ、貴金属である白金を効率的に利用することができるとともに、貴金属の総使用量を削減することができ、コストの削減が可能となるからである。

２．固体電解質膜
次に、本発明に用いられる固体電解質膜について説明する。本発明に用いられる固体電
解質膜としては、チューブ状の形態を有し、かつプロトン伝導性に優れかつ電流を流さな
い材料からなるものであれば特に限定されるものではない。
具体的には、現在平板構造の燃料電池の固体電解質膜として、汎用されているパーフル
オロスルホン酸系ポリマー（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）などのフッ素系樹
脂や、プロトン伝導基を有するポリイミドなどの炭化水素系樹脂等をチューブ状に形成し
たもの等を挙げることができる。

また、無機系の固体電解質膜として、多孔質ガラスをチューブ状に成形し、そのナノ細孔内の表面を改質して、プロトン導電性を付与したチューブ状固体電解質膜や、チューブ状のリン酸ガラスを応用したもの等を挙げることができる。上記多孔質ガラスを用いた固体電解質膜としては、例えば多孔質ガラスの細孔内表面のＯＨ基にメルカプトプロピルトリメトキシシランのシランカップリング剤を反応させ、その後にメルカプト基の−ＳＨを酸化することにより、プロトン伝導性を有するスルホン酸基を導入する方法（化学と工業 第５７巻 第１号(２００４年）ｐ４１〜ｐ４４）等を用いて形成された固体電解質膜を挙げることができる。また、リン酸ガラスを応用したものとしては、燃料電池 Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．３ ２００４ ｐ６９〜ｐ７１に報告された例等を挙げることができる。

３．集電体
最後に、本発明に用いられる集電体について説明する。本発明に用いられる集電体は、膜電極複合体において、発電反応により発生した電力の集電ができるものであれば特に限定されるものではなく、通常のチューブ形状の膜電極複合体における集電体を用いることができる。例えば、触媒電極層としての機能と、集電体としての機能とを併せ持つ部材を、上記内側触媒電極層および内側集電体、または外側触媒電極層および外側集電体として用いてもよい。また、触媒電極層とは別の部材を集電体として用い、上記内側触媒電極層の内側に内側集電体、または上記外側触媒電極層の外側に外側集電体を形成してもよい。本発明においては、触媒電極層に導電性の高い集電体を密着させて集電を行うことにより、電子の移動を円滑にし、効率よく集電を行うことができることから、触媒電極層とは別の部材である集電体を用いて集電を行うことが好ましい。

上記内側集電体、および外側集電体は導電性が高く、膜電極複合体のチューブ形状の径方向にガスを透過するものであれば特に限定されるものではない。このような内側集電体、および外側集電体の形状の例としては、コイル状のもの、管の壁面部に、その壁面を貫通する孔を多数有する形状や、管の壁面部が網目構造のもの、複数の直線状の導電体がチューブ形状の軸方向に配置されたもの等を挙げることができ、特に複数の直線状の導電体がチューブ形状の軸方向に配置されたものおよびコイル状のものが好適に用いられ、中でもコイル状のものがより好適に用いられる。直線状の導電体を集電体とした場合、用いる膜電極複合体が、図２（ａ）に示すように内径および外径の大きい方の端部側から内径および外径の小さい方の端部側へ内径および外径を連続的に小さくさせたものであれば、上記膜電極複合体の内壁および外壁に沿って直線状の集電体を軸方向に配置することで、容易に集電体を設置することが可能となり、かつ軸方向の集電効率が良好となるからである。また、コイル状の集電体とした場合、用いる膜電極複合体が、図２（ａ）に示すように内径および外径の大きい方の端部側から内径および外径の小さい方の端部側へ内径および外径を連続的に小さくさせたものであれば、そのような膜電極複合体の形状に沿った形状を有するテーパー型のコイル状集電体を集電体として用いることにより、取り付けが容易となり、さらにコイル状の集電体と触媒電極層の内壁および外壁との密着性が良好となることから、集電効率が極めて良好となるからである。

すなわち、このような内径および外径の大きい方の端部側から内径および外径の小さい方の端部側へ内径および外径を連続的に小さくさせた形状に沿った形状を有するテーパー型のコイル状集電体を用いた場合、コイルをねじることによりコイルの内径および外径を変化させることができるので、図２（ａ）に示すように内径および外径の大きい方の端部側から内径および外径の小さい方の端部側へ内径および外径を連続的に小さくさせた膜電極複合体における触媒電極層に対して集電体としての取り付けが容易となり、さらに上記テーパー型のコイル状集電体の形状の精度がそれほど要求されない。さらに上記テーパー型のコイル状集電体を取り付けた後、上述したような取り付け方法により取り付けたことから、外側集電体であれば内側に締めつける力が、内側集電体であれば外側に拡張する力が働くため、内径および外径の大きい方の端部側から内径および外径の小さい方の端部側へ内径および外径を連続的に小さくさせた膜電極複合体における触媒電極層の内壁および外壁に対する密着性が高く、集電効率を極めて高く保つことができるという利点を有する。

また、上述したコイル状集電体は、導電性を有する線材をコイル状に形成したものであれば特に限定されるものではない。しかしながら、使用環境等を考慮すると耐腐食性が高く、触媒電極層内での反応に悪影響を及ぼさないものであることが好ましい。また、触媒電極層に対して所定の力で押圧できることが好ましいことから、ある程度の弾性を有することが好ましいといえる。これらの点を考慮すると、耐腐食性を有する金属が好ましく、特にチタン、金、および白金等が好ましい材料であり、中でもチタンがコスト面を考慮すると好ましい材料であるといえる。

Ｂ．チューブ型燃料電池
本発明のチューブ型燃料電池は、上述したようなチューブ型燃料電池用膜電極複合体を用いたことを特徴とするものである。本発明のチューブ型燃料電池は、上述したチューブ型燃料電池用膜電極複合体を最小発電単位である単位セルとするものである。したがって、上述したチューブ型燃料電池用膜電極複合体の利点、すなわちフラッディングを防止することができ、コストの削減が可能であるという利点をそのまま有するものである。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の一例を示す概略図である。 本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の縦断面の一例を示す断面概略図である。 本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体の縦断面の他の例を示す断面概略図である。

符号の説明

１…チューブ型燃料電池用膜電極複合体
２…固体電解質膜
３…外側触媒電極層
４…内側触媒電極層
５…外側集電体
６…内側集電体
ａ…内径
ｂ…内径

Claims (3)

1. チューブ状の固体電解質膜と、前記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、前記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層と、前記外側触媒電極層の外周面に配置された外側集電体と、前記内側触媒電極層の内周面に配置された内側集電体とを有するチューブ型燃料電池用膜電極複合体であって、
   前記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の内径が、他方の端部側の内径と比較して小さくなるように形成されていることを特徴とするチューブ型燃料電池用膜電極複合体。
2. 前記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の一方の端部側の外径が、他方の端部側の外径と比較して小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチューブ型燃料電池用膜電極複合体。
3. 請求項１または請求項２に記載のチューブ型燃料電池用膜電極複合体を用いたことを特徴とするチューブ型燃料電池。
   

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