JP2006236686A - 燃料電池セル接続用のコネクター及び燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルを回路基板に電気的に接続するに際して、確実に接続できて、効率よく電気出力を取り出すことができる燃料電池セル接続用のコネクターを提供する。
【解決手段】固体高分子電解質１と、その両側に配置される第１・第２電極板２，３と、これら電極板２，３の更に外側に配置された第１・第２金属板４，５とを備え、金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａが絶縁部材６を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルＳを回路基板に接続するためのコネクターＣであって、回路基板２０には、基板表面と向かい合わない第１金属板４を電気的接続するための第１電極パターン２０ａと、基板表面と向かい合う第２金属板５と直接接触される第２電極パターン２０ｂとが形成されており、コネクターＣは、第１金属板側４の外周を回路基板方向へ押圧するための枠状押圧部１０と、枠状押圧部１０を回路基板２０の第１電極パターン２０ａに電気的に接続するための脚部１１とが一体的に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルを回路基板に接続するためのコネクター及びこのコネクターを用いた燃料電池ユニットに関するものである。

ポリマー電解質のような固体高分子電解質を使用した高分子型燃料電池は、高いエネルギー効率を持ち、薄型小型・軽量であることから、家庭用ジェネレーションシステムや自動車向けに開発が活発化している。かかる燃料電池の従来技術の構造として、下記の非特許文献１に開示されており、これを図１０に示す。

図１０に示すように、固体高分子電解質膜１００を挟んでアノード１０１とカソード１０２とを配設する。さらに、ガスケット１０３を介して一対のセパレータ１０４により挟持して単位セル１０５を構成する。この単位セル１０５を多数個積層し、単位セル１０５どうしを電気的に直列に接続して燃料電池Ｎを構成する。電極１０６は、積層した両端の単位セル１０５から取り出すことができる。このような燃料電池Ｎは、クリーンかつ高効率という特徴から、種々の用途、特に、電気自動車用電源や家庭用分散型電源として注目されている。

一方、近年のＩＴの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器（携帯機器）のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらモバイル機器の高機能化に伴い消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用としてクリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。

特に、ノートパソコンや携帯電話のような携帯機器に燃料電池を搭載する場合に、携帯性あるいは小型化を維持できるような構造が望まれる。かかる点に鑑みて、本願出願人は、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルについて出願を行ってきた（例えば、未公知の特願２００４−１５１６０６）。

かかる燃料電池セルは、薄型に形成されるため、携帯機器に搭載するには好適である。また、燃料電池セルを搭載する場合には、回路基板に搭載する必要があり、特に携帯機器を駆動するのに適した電圧に昇圧したり、電圧を安定化させるための回路が搭載されることもある。そのため、回路基板に燃料電池セルを電気的に接続する必要がある。燃料電池セルにより発生した電気出力を効率よく取り出すためには、回路基板に対する接続構造を確実に行う必要がある。
日経メカニカル別冊「燃料電池開発最前線」発行日２００１年６月２９日、発行所：日経ＢＰ社、第３章ＰＥＦＣ、３．１原理と特徴ｐ４６

燃料電池セルを回路基板に電気的に接続するに際して、確実に接続できて、効率よく電気出力を取り出すことができる燃料電池セル接続用のコネクター及びこのコネクターを使用した燃料電池ユニットを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池セル接続用のコネクターは、
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルを回路基板に接続するためのコネクターであって、
回路基板には、基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成されており、前記コネクターは、
第１金属板の外周を回路基板方向へ押圧するための枠状押圧部と、
枠状押圧部を回路基板の第１電極パターンに電気的に接続するための連結部とが一体的に形成され、
連結部が第１電極パターンに接続されることにより、第１金属板が第１電極パターンに電気的接続されると共に、第２金属板が回路基板の第２電極パターンに電気的接続されることを特徴とするものである。

かかる構成によるコネクターの作用・効果を説明する。本発明に係るコネクターにより接続される燃料電池セルは、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている。板状の固体高分子電解質をベースに燃料電池セルを構成しており、セルの厚みを薄くしている。この燃料電池セルが接続される回路基板は、基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成されている。これら第１・第２電極パターンにより電気出力を取り出すようにしている。

本発明に係るコネクターは、枠状押圧部と連結部とが一体的に形成されており、枠状押圧部は、第１金属板の外周を回路基板外層側へ押圧する。連結部は、回路基板の第１電極パターンに電気的に接続される。従って、第１金属板はコネクターを介して第１電極パターンに電気的に接続される。また、枠状押圧部により押圧するようにしているので、第１金属板の全体を均等に押圧することができ、効率よく出力を取り出すことができる。また、第１金属板を均等に押圧することで、第２金属板を第２電極パターンに対して均等に押圧させることができる。その結果、燃料電池セルを回路基板に電気的に接続するに際して、確実に接続できて、効率よく電気出力を取り出すことができる燃料電池セル接続用のコネクターを提供することができる。

本発明において、カソード側金属板である第１金属板には、空気を取り込むための多数の孔が形成されており、
前記枠状押圧部は、前記多数の孔が形成される領域の周囲を押圧するように構成されていることが好ましい。

カソード側金属板に空気を取り込むための多数の孔を形成する場合、その周囲を枠状押圧部で押圧することで、空気の取り込みを確保しながら、確実に電気的接続を行うことができる。

本発明において、第１金属板には、第１電極板を内部に収容するための突出部が形成されており、前記枠状押圧部は、この突出部の周囲を押圧するように構成されていることが好ましい。

金属板、電極板、及び固体高分子電解質は所定の接触状態を保持する必要がある。そこで、第１電極板を収容した突出部の周囲を押圧するようにすることで、金属板、電極板、固体高分子電解質の間の良好な接触を維持できると共に、第１金属板の電気的接続も確実に行うことができる。

本発明に係る前記連結部は、矩形状に形成される燃料電池セルの長辺方向に沿った脚として形成されることが好ましい。

かかる連結部と第１電極パターンとを連結することで、電気的接続を行うことができる。パターンとの接続は、ハンダ付けやねじ締結などの方法を用いることができる。長辺方向に沿った脚形状とすることで、コネクター全体の強度を保持することができ、燃料電池セルに対する所望の押圧力を確保することができる。

本発明に係る燃料電池ユニットは、
板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルと、
基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成された回路基板と、
この回路基板に複数の燃料電池セルを前述の本発明に係るコネクターにより接続してあることを特徴とするものである。

かかる燃料電池ユニットによる作用・効果は、既に述べたとおりであり、燃料電池セルを回路基板に電気的に接続するに際して、確実に接続できて、効率よく電気出力を取り出すことができる。

＜燃料電池セルの構成＞
まず、本発明に係るコネクターにより電気接続される燃料電池セルの好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、燃料電池セル（単位セル）の一例を示す組み立て斜視図であり、図２は、本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図である。

本発明の燃料電池セルは、図１〜図２に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極板２（第１電極板に相当）と、他方側に配置されたアノード側電極板３（第２電極板に相当）とを備えるものである。また、これら電極板２，３のさらに外側には、カソード側金属板４とアノード側金属板５とが設けられる。本実施形態では、アノード側金属板５に、エッチングにより燃料の流路溝９が形成され、アノード側金属板５とカソード側金属板４の周縁部がエッチングにより他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。

固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。固体高分子電解質１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。

電極板２，３（ガス拡散板）は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。

電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。

一般に、電極板２，３や固体高分子電解質１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。

例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極２では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。

触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。

電極板２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。

カソード側電極板２の表面にはカソード側金属板４が配置され、アノード側電極板３の表面にはアノード側金属板５が配置される。アノード側金属板５には燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板５に流路溝９が設けられている。

カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための多数の開口部４ｃ（孔）が設けられている。開口部４ｃは、カソード側電極板２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口部４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板４の開口部４ｃは、例えば規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口部を設けてもよい。

金属板４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。

アノード側金属板５に設けられる流路溝９は、電極板３との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板５の一辺に平行な縦溝９ａと垂直な横溝９ｂを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本（図示した例では３本）の縦溝９ａが横溝９ｂに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。

なお、このような金属板５の流路溝９の一部（例えば横溝９ｂ）を電極板３の外面に形成してもよい。電極板３の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。

金属板５の流路溝９に連通する注入口５ｃ及び排出口５ｄは、それぞれ１個又は複数を形成することができる。なお、金属板４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。金属板５に流路溝９を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。

金属板４への開口部４ｃの形成、金属板４，５の周辺部の薄肉化、金属板５への注入口５ｃ等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝９の断面形状をより高精度に制御することができる。

図２に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（周辺部）をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。

本発明では、金属板４，５の周縁は、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料６や固体高分子電解質１の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。本発明では、カシメを行う際、図２に示すように、金属板４，５の周縁によって固体高分子電解質１を挟持する構造が好ましく、絶縁材料６を介在させつつ固体高分子電解質１を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。

絶縁材料６としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６は、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。

カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図２に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の周縁領域５ａを他方の周縁領域４ａより大きくしておき、絶縁材料６を介在させつつ、一方の金属板５の周縁領域５ａを他方の金属板４の周縁領域４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の周縁領域４ａに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。

図２には、注入口５ｃにジョイント用の金属製ピン５ｅが金属板５に対して取り付けられている。この取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。このピン５ｅに対して、ガス供給チューブ２２を圧入して取り付けることができる。ガス供給チューブ２２は、金属製あるいは樹脂製のものを用いることができる。

また、図２に示すように、金属板４，５には、突出部４ｆ，５ｆが形成されており、これら突出部４ｆ，５ｆの内側に形成される空間には、電極板２，３が収容される。突出部４ｆ，５ｆは、金属板４，５を絞り加工（打ち出し加工）することで形成することができる。

＜コネクターの構成＞
次に、燃料電池セルを回路基板に接続するためのコネクターの構成について説明する。図３は、回路基板への組み立て構造を示す分解斜視図であり、図４は、組み立てた状態を示す図である。

コネクターＣは、枠状押圧部１０を備えており、その中央部には矩形の開口窓１０ａが形成されている。この開口窓１０ａにより、カソード側金属板４に形成された多数の開口部４ｃが露出する。枠状押圧部１０は、金属板４を回路基板方向へ押圧する機能を有し、金属板４の外周領域を押圧する。また、図４（ｃ）に示すように、枠状押圧部１０は、金属板４の突出部４ｆの周囲を押圧するようにしている。これにより、金属板４，５、電極板２，３、固体高分子電解質１の間にも適切な押圧力が作用し、これらの部材間の接触を良好に保つようにしている。これにより、接触抵抗を減らすことができ、効率よく電気出力を取り出すことができる。

枠状押圧部１０の両側には、一対の脚部１１（連結部に相当）が一体的に形成されており、回路基板と接続するための孔１１ａが形成される。脚部１１は、矩形形状を有する燃料電池セルＳの長辺方向に沿って設けられており、垂直立壁部１１ｂとパターン接触部１１ｃとが形成されている。垂直立壁部１１ｂの高さは、接続すべき燃料電池セルＳの高さ寸法を考慮して決めることができる。すなわち、適度な押圧力で燃料電池セルＳを回路基板に押圧するように設定される。また、垂直立壁部１１ｂを設けることで、コネクターＣとしての強度を確保することができる。

コネクターＣは、真鍮等の金属プレートを曲げ加工することで製造することができ、必要に応じて接触抵抗を減らすためのメッキ処理が施される。コネクターＣの厚みは０．５ｍｍ程度であり、燃料電池セルＳを含めた全体の厚みが大きくならないようにしている。なお、厚み寸法は、燃料電池セルＳの大きさに応じて設定できるものである。

回路基板２０には、第１電極パターン２０ａと第２電極パターン２０ｂが形成されている。第１電極パターン２０ａには、コネクターＣのパターン接触部１１ｃが接触する。これにより、カソード側金属板４と第１電極パターン２０ａとが電気的に接続される。図４（ｂ）に示すように、ボルト２１とナット２３によりカソード側金属板４とパターン接触部１１ｃとは強固に連結される。なお、電極パターンとの接続は、ボルト・ナットに限定されるものではなく、ハンダ付けにより行ってもよい。

回路基板２０には、矩形孔２０ｄが形成されており、これは燃料電池セルＳ内に水素ガスを導入するためのガス供給チューブ２２の配置場所を確保するためである。かかる矩形孔２０ｄにより、電極パターンが切断されることもあるが、その場合は、回路基板２０にスルーホールを形成するなどして、回路基板２０の裏面側でパターンを接続させるようにする。

第２電極パターン２０ｂは、アノード側金属板５の突出部５ｆが直接接触し、接触圧力はコネクターＣにより燃料電池セルＳを回路基板２０に接続することで確保することができる。従って、第１電極パターン２０ａはカソード電極（＋）として、第２電極パターン２０ｂはアノード電極（−）として機能させることができる。このように、コネクターＣにより、燃料電池セルＳを確実に回路基板２０に接続することができる。

＜ノートパソコン用の配置構成例＞
次に、燃料電池セルＳを多数直列接続して燃料電池ユニットを構成する場合の構成を説明する。図５は、ノートパソコン用に１６個の燃料電池セルを直列接続した場合の配置構成例を示す平面図である。図６は、回路基板２０のパターン配線図を示す平面図である。

図６のエリアＰ１に接続される燃料電池セルＳ用の電極パターンと、エリアＰ２に接続される燃料電池セルＳ用の電極パターンを代表して説明する。エリアＰ１の第２電極パターン２０ｂは、エリアＰ２の第１電極パターン２０ａとが共通する電極パターンとして形成される。他のエリアについても同様である。これにより、多数の燃料電池セルを電気的に直列接続することができ、出力電圧を大きくすることができる。また、ガス供給チューブ２２を配置するための矩形孔２０ｄも多数設けられる。例えば、エリアＰ１の燃料電池セルＳの排出口５ｄと、エリアＰ２の燃料電池セルＳの注入口５ｃとがガス供給チューブ２２により接続される。他のエリアについても同じように接続することで、ガス流路を直列接続することができる。ただし、ガス流路については、直列接続に限定されるものではなく、並列接続あるいは、直列と並列と組み合わせにより形成することができる。

回路基板２０には、電極パターンが形成されるだけでなく、目的に応じて電子回路を搭載することができる。例えば、ノートパソコン用に用いる場合には、燃料電池セルＳを直列接続したとしても十分な電圧にならないことが考えられる。そのため、所定の駆動電圧まで昇圧させるための昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が搭載される。また、出力電圧が安定している必要があるため、安定化回路も搭載される。

＜コネクターの別実施形態＞
次にコネクターＣの別実施形態について図７により説明する。図７（ａ）は、図３に示すコネクターＣと比較して、垂直立壁部１１ｂとパターン接触部１１ｃとが肉厚に形成された構成例である。図７（ｂ）では、枠状押圧部１０の矩形短辺側に立ち曲げ部１１ｄが形成されている。これにより、短辺方向の強度アップを図ることができる。また、パターン接触部１１ｃには、複数個所に張り出し部１１ｅが形成されており、第１電極パターン２０ａとのハンダ付けを行いやすくしている。その他にもコネクターＣの変形例は、種々考えられる。

＜実施例＞
次に、本発明に係るコネクターを使用した場合の電気出力について実験的に測定した。図８に示すように（ａ）本発明に係るコネクターを使用した場合、（ｂ）比較例に係るコネクターを使用した場合、（ｃ）評価治具を使用した場合とで測定結果を比較した。

（ａ）は、枠状押圧部１０を有するコネクターＣであり、パターン接触部１１を回路基板２０にボールとナットで接続した。また、水素ガスを供給・排出するためガス供給チューブ２２も接続した。（ｂ）は、燃料電池セルＳの矩形長辺側を２箇所別個にコネクター２５により回路基板２０に接続した。一対のコネクター２５は連結されておらず、夫々燃料電池セルＳの長辺側を押圧する。コネクター２５は、金属板４の突出部４ｆよりも外側領域を押圧するように設定した。（ｃ）で使用される燃料電池セルＳも、他の（ａ）（ｂ）とは同じであるが、第１電極プレート２６と第２電極プレート２７により、燃料電池セルＳを挟持し各プレートから出力を取り出した。第２電極プレート２７に、空気取り込み用の開口部が露出するように開口窓が形成される。（ｃ）は本発明のコネクターを評価するために使用する。

図９は、実験結果を示すグラフである。（ａ）は電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）と電圧（Ｖ）の関係を示す。（ｂ）は電圧（Ｖ）と出力（Ｗ）の関係を示す。（ｃ）は電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）とセル抵抗（ｍΩ）の関係を示す。これらの結果からも分かるように、本発明は、比較例と比べて出力が大きく取れていることがわかる。比較例は、燃料電池セルＳの突出部４ｆ，５ｆを押圧する構成ではないため、固体高分子電解質１、電極板２，３、金属板４，５の接触抵抗が本発明に比べて大きくなっているためであると考えられる。このことは、セル抵抗を示すグラフからも理解される。また、電極接続構造が最も強度を有する（ｃ）と本発明の（ａ）を比較しても、出力の面で遜色なく、本発明によるコネクターＣが実用的にも問題ないことが実証された。

＜別実施形態＞
回路基板に燃料電池セルを搭載する場合の個数は１個又は複数個であり、使用される電子機器の用途等に応じて適宜設定することができる。本発明に係る燃料電池が使用される電子機器としては、ノートパソコンに限定されるものではなく、携帯電話やＰＤＡ等の携帯機器やその他の電子機器に搭載することができる。

本発明に係るコネクターにより接続される燃料電池セルについては、本実施形態のものに限定されるものではなく、薄型板状に形成される燃料電池セルであれば、適用できるものである。本実施形態では、空気取り込み用の開口部が形成されたセルについて説明したが、このようなタイプに限定されるものではなく、開口部が設けられないようなセルに対しても適用できるものである。

本発明の燃料電池セルの一例を示す組み立て斜視図 本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図 燃料電池セルの回路基板への組立構造を示す分解斜視図 燃料電池セルを回路基板に組み立てた状態を示す図 ノートパソコン用に１６個の燃料電池セルを直列接続した場合の配置構成例を示す平面図 回路基板のパターン配線図を示す平面図 コネクターの別実施形態を示す図 実験に使用したコネクターを示す図 実験結果を示すグラフ 従来の燃料電池の構成を示す斜視図

符号の説明

１ 固体高分子電解質
２ カソード側電極板
３ アノード側電極板
４ カソード側金属板
５ アノード側金属板
１０ 枠状押圧部
１０ａ 開口窓
１１ 脚部
１１ａ 孔
１１ｂ 垂直立壁部
１１ｃ パターン接触部
１１ｄ 立ち曲げ部
２０ 回路基板
２０ａ 第１電極パターン
２０ｂ 第２電極パターン
２０ｃ 孔
２１ ボルト
２２ ガス供給チューブ
２３ ナット
Ｃ コネクター
Ｓ 燃料電池セル

Claims (5)

1. 板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルを回路基板に接続するためのコネクターであって、
   回路基板には、基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成されており、前記コネクターは、
   第１金属板の外周を回路基板方向へ押圧するための枠状押圧部と、
   枠状押圧部を回路基板の第１電極パターンに電気的に接続するための連結部とが一体的に形成され、
   連結部が第１電極パターンに接続されることにより、第１金属板が第１電極パターンに電気的接続されると共に、第２金属板が回路基板の第２電極パターンに電気的接続されることを特徴とする燃料電池セル接続用のコネクター。
2. カソード側金属板である第１金属板には、空気を取り込むための多数の孔が形成されており、
   前記枠状押圧部は、前記多数の孔が形成される領域の周囲を押圧するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル接続用のコネクター。
3. 第１金属板には、第１電極板を内部に収容するための突出部が形成されており、前記枠状押圧部は、この突出部の周囲を押圧するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池セル接続用のコネクター。
4. 前記連結部は、矩形状に形成される燃料電池セルの長辺方向に沿った脚として形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池セル接続用のコネクター。
5. 板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている燃料電池セルと、
   基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成された回路基板と、
   この回路基板に複数の燃料電池セルを請求項１〜４のいずれか１項に記載のコネクターにより接続してあることを特徴とする燃料電池ユニット。
   

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