JP2008077933A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池から電力を出力する配線の接続構造に特徴をもたせ、集電板に耐食性の高い部材を使用しつつ、出力密度が高い燃料電池を提供する。
【解決手段】膜電極接合体(20)を挟持する方向に第１端板(60A)と第２端板(70A)とに圧力を付与する構成の下、この押圧部材(85)により付与された圧力により、アノード集電板(30)にこの集電板(30)よりも高導電性の部材からなる配線(51)を接続し、カソード集電板(40)にこの集電板(40)よりも高導電性の部材からなる配線(52)を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池から電力を出力する配線の接続構造に関連し、この電力の出力の向上を目的とする技術に関する。

近年、ノートＰＣ、携帯電話機、オーディオ機器に代表される携帯電子機器の急速な普及にともない、これらを駆動させる電源の小型化、連続使用時間の延長、使い勝手の向上、に関する要請が高まっている。このような要請を満たす電源として、充電が必要な従来の二次電池に替え、液体燃料を使用する燃料電池の開発が進められている。このような燃料電池のうち、携帯電子機器の用途に好適な代表例としてメタノールを直接酸化するタイプの燃料電池(ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell)があげられる。

前記したＤＭＦＣは、体積エネルギー密度（Ｗ／Ｌ）や重量エネルギー密度（Ｗ／ｋｇ）の点で既存の二次電池よりも高密度化が期待できるが、出力密度の低さが問題となっている。この問題を解決するために、燃料電池を構成する膜電極接合体(ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly)自身の発電能力を増加させるという材料分野における検討項目、及びＤＭＦＣをモジュール化するときに生じる様々の電力ロスを低減させるという実装分野における検討項目、両方の検討項目からのアプローチがなされている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３２１５４号公報

前記した実装分野の観点から燃料電池の出力密度の向上を試みる場合、次のような課題が存在する。すなわちＤＭＦＣは、ＭＥＡのアノード極(負極)にメタノール水溶液を供給し、ＭＥＡのカソード極(正極)に酸素(空気)を供給し、電気化学反応を引き起こし、副生成物である水をカソード極より発散することにより発電する原理となっている。
一方、前記発電による電力をＤＭＦＣの外部に出力するために備えられた一対の集電板はＭＥＡのアノード極及びカソード極に接触する構造となっている。
したがって、アノード極側の集電板は液体燃料であるメタノール水溶液に浸漬し、カソード極側の集電板は副生成物である水に接することになるため、これら集電板には耐食性が要求となる。

しかし、集電板として現状適用可能な耐食性を有する導電性部材は、ＳＵＳ系金属板やＴｉ系金属板のような低導電率の部材、又は金のような高価な部材しか存在しない。例えば、高導電率である観点から好ましい銅等を集電板に使用すると耐食性が低いため腐食して、かえってＤＭＦＣの出力が低下する。
そこで、複数のＭＥＡを連結して出力を向上させようとすれば、隣り合うＭＥＡの集電板同士の連結部分も同様に高抵抗率の部材で構成されることとなり、その連結部分における電圧降下による出力損失が大きくなる。
このような、電圧降下による出力損失を低減させるために、ＤＭＦＣの集電板の厚さを増加させることも考えられるが、電源小型化に対する要請に反する結果となる。

本発明は、前記した課題を解決することを目的とし、集電板に耐食性の高い部材を使用しつつ、出力密度が高い燃料電池を提供するものである。

前記した課題を解決するため本発明に係る燃料電池は、アノード極において燃料を酸化させカソード極にて酸素を還元して電気化学反応する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記アノード極の側に設けられ前記電気化学反応により生成した電子を収集するアノード集電板と、前記膜電極接合体の前記カソード極の側に設けられ前記電気化学反応により消費される電子を収集するカソード集電板と、前記アノード集電板に面接触するとともに前記アノード極へ前記燃料を供給する第１端板と、前記カソード集電板に面接触するとともに前記カソード極へ前記酸素を供給する第２端板と、前記アノード集電板及び前記カソード集電板で前記膜電極接合体を挟持する方向に前記第１端板と第２端板とに圧力を付与する押圧部材と、前記押圧部材により付与された前記圧力により前記アノード集電板及び／又は前記カソード集電板に接続しこれら集電板よりも高導電性の部材からなる配線と、を備えることを特徴とする。
発明がこのような構成を有することにより、前記アノード集電板及び前記カソード集電板を耐食性の高い部材で構成しても、電力を出力する配線の導電性が高いので、電気化学反応による出力される電力の低下が抑制される。これにより、膜電極接合体（又はその積層体）とこれを挟持する一対の前記アノード集電板及び前記カソード集電板とを単位としてモジュール化すれば、複数のモジュールを前記配線により連結することで、出力密度を低下させることなく燃料電池の電力出力を向上させることができる。

本発明によれば、集電板に耐食性の高い部材を使用しつつ、出力密度が高い燃料電池が提供される。

（第１実施形態）
以下、図１から図３を参照して、本発明に係る燃料電池の第１実施形態について説明を行う。図１（以下適宜、図２参照）に示すように、本実施形態に係る燃料電池１１は、膜電極接合体２０と、アノード集電板３０と、カソード集電板４０と、配線（アノード配線５１、カソード配線５２）と、第１端板６０Ａと、第２端板７０Ａと、シール部材８１，８２，８３，８４と、押圧部材８５と、を含んで構成される。

膜電極接合体２０（ＭＥＡ：Membrane electrode assembly）は、アノード極２１及びカソード極２３が電解質膜２２を挟持する構成を有し、アノード極２１において燃料を酸化させカソード極２３にて酸素を還元して電気化学反応を発生させるものである。
ここで、アノード極２１は、片面が電解質膜２２に接し、反対面がアノード集電板３０に接している。ここでアノード極２１は、ルテニウム及び白金の合金微粒子からなる触媒と、この触媒を担持する炭素粉末との混合物からなるものである。そして、アノード極２１に液体燃料（メタノールと水）がアノード集電板３０の燃料通過孔３３から供給されると、（１）式に示すように、この燃料を酸化して水素イオンと電子とが発生する。そして、この発生した電子は、後記するアノード集電板３０に移動して、外部負荷に伝達されることが可能な状態になる。そして副生成ガスである二酸化炭素は、アノード集電板３０の排気孔３２と第１端板６０Ａの排気通過孔６７とを経由して外部に排出される。

電解質膜２２は、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂から構成され、具体的には、ナフィオン（商標）、アシプレックス（商標）等が挙げられる。そして、電解質膜２２は、アノード極２１において発生した水素イオンを反対面のカソード極２３へ輸送するが、電子は輸送しない機能を有するものである。

カソード極２３は、片面が電解質膜２２に接し、反対面がカソード集電板４０に接し構成されている。そして、カソード極２３は、白金の微粒子からなる触媒と、この触媒を担持する炭素粉末との混合物からなるものである。そして、カソード極２３に、カソード集電板４０を経由して電子が供給されると、（２）式に示すように、酸素通過孔４２から進入する酸素が還元された後に電解質膜２２により輸送される水素イオンと反応して水が生成する。そして副生成物である水は、カソード集電板４０の酸素通過孔４２と第２端板７０Ａの酸素供給孔７１とを経由して外部に排出される。

このようにして、膜電極接合体２０では、（１）式と（２）式とに示すように、燃料としてのメタノールと水とをモル比が１：１となるように電気化学反応させて発電し、（３）式に示すように、アノード極２１において副生成ガスとして二酸化炭素を、カソード極２３において副生成物として水を発生させるものである。

アノード極２１ ： ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …（１）
カソード極２３ ： ３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ …（２）
全反応 ： ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ …（３）

アノード集電板３０は、接片３１と、排気孔３２と、燃料通過孔３３とを有し、膜電極接合体２０のアノード極２１の側に設けられ前記電気化学反応により生成した電子を収集するものである。このようにアノード集電板３０は、電気的に導電性を有するものであるが、常時接触する液体燃料に対する耐食性を示すものであって、具体的には、ＳＵＳ系金属板やＴｉ系金属板が適用される。

接片３１は、アノード集電板３０の周縁の一部から突出するように設けられ、接続するアノード配線５１を経由して電気化学反応により生成した電子を外部負荷に移動させる部位である。また接片３１は、後記する第１端板６０Ａに設けられるアノード引出口６８に内接するように形成されている。そして、接片３１とアノード配線５１とは、両者が重なる部分において、アノード引出口６８とアノード押圧部位７２とから圧力を受けて接続している。

排気孔３２は、電気化学反応により膜電極接合体２０で発生した副生成ガス（二酸化炭素）が排気される部位である。この排気孔３２を通過した副生成ガスは、第１端板６０Ａの排気通過孔６７とガス透過膜８６を通過して外部に排出される。

燃料通過孔３３は、アノード集電板３０の面を貫通するように複数設けられている。この燃料通過孔３３は、その一方の開口がアノード極２１に接するように、他方の開口が第１端板６０Ａの燃料供給孔６４に連通するように設けられている。このように構成されて燃料通過孔３３は、第１端板６０Ａから供給される燃料を、アノード集電板３０を通過させてアノード極２１に供給するものである。

カソード集電板４０は、接片４１と、酸素通過孔４２とを有し、膜電極接合体２０のカソード極２３の側に設けられ電気化学反応により消費される電子を外部負荷から収集するものである。このようにカソード集電板４０は、電気的な導電性を有するものであるが、常時接触する副生成物の水に対する耐食性を示すものであって、具体的には、ＳＵＳ系金属板、Ｔｉ系金属板、カーボン板もしくはこれらの表面に良導電材料のメッキ（金メッキ）が施されたものが適用される。

接片４１は、カソード集電板４０の周縁の一部から突出するように設けられ、接続するカソード配線５２を経由して外部負荷から収集される電子が到達する部位である。また接片４１は、後記する第１端板６０Ａに設けられるカソード引出口６９に内接するように形成されている。そして、接片４１とカソード配線５２とは、両者が重なる部分において、カソード引出口６９とカソード押圧部位７３とから圧力を受けて接続している。

酸素通過孔４２はカソード集電板４０の面を貫通するように複数設けられている。この酸素通過孔４２は、大気中から第２端板７０Ａの酸素供給孔７１に取り込まれて膜電極接合体２０で電気化学反応により消費される酸素（空気）が通過する部位である。さらに酸素通過孔４２は、そのように消費された酸素が還元されて生成し外部に排出される水が通過する部位である。

アノード配線５１は、アノード集電板３０よりも高導電性の部材（例えば銅）からなり、後記する押圧部材８５から付与された圧力によってアノード集電板３０の接片３１に接続し、電気化学反応による電力を外部負荷に出力するものである。
カソード配線５２は、カソード集電板４０よりも高導電性の部材（例えば銅）からなり、後記する押圧部材８５から付与された圧力によってカソード集電板４０の接片４１に接続し、電気化学反応による電力を外部負荷に出力するものである。

これら配線（アノード配線５１及びカソード配線５２）の具体例は、フレキシブルな絶縁性樹脂シートに良導体の箔（銅箔）をプリント配線するとともに、このプリントされた配線５１，５２の上面も同様のフレキシブルな絶縁性樹脂シートで被覆したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）が挙げられる。もしくは、良導体の素線（銅線）の外周をフレキシブルな絶縁性樹脂で被覆したものを複数本一列に束ねたフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等が挙げられる。
なお、配線５１，５２は、前記したＦＰＣやＦＦＣに限定されるものでないが、集電板（アノード集電板３０、カソード集電板４０）との接触抵抗を小さくするために平面型であることが望ましい。
さらに配線５１，５２は、端板６０Ａ，７０Ａに対する絶縁性を確保するために、端板６０Ａ，７０Ａに接触する面には絶縁処理が施こされている必要がある。一方、集電板３０，４０と配線５１，５２との接触抵抗の低減のために、配線５１，５２の集電板３０，４０側の側面は金メッキ処理が施こされていることが望ましい。

そして、図１において省略されているアノード配線５１及びカソード配線５２の他端は、図２（ａ）に示される接続端子５３に連結され、この接続端子５３を介して、図示しない携帯電子機器等の外部負荷に接続される。
これら配線５１，５２は、少なくとも集電板３０，４０よりも、導電性が高いので、これら集電板３０，４０から携帯電子機器に電力が供給される経路上の電圧降下を抑制することができ、燃料電池１１の出力向上に寄与することとなる。

本実施形態における前記した効果を確認するために、集電板３０，４０として厚さ０．３ｍｍのＴｉ金属板を用い図２（ａ）のように構成された燃料電池１１を実施例とし、同じく集電板として厚さ０．３ｍｍのＴｉ金属板を用いこの集電板３０，４０から延出させて端板６０，７０の外側に５ｍｍ程突出させた端子を設けた燃料電池を比較例とし、この実施例と比較例とを対比するシミュレーションを行った。
その結果、比較例と対比して実施例の燃料電池１１における全体抵抗値は７．４％の低減となり低損失化の効果が大きいことが確認できた。また本シミュレーションは集電板３０，４０を０．３ｍｍの厚さとしているが、この厚さに依存すること無く、同等の効果が得られた。

なお、図２（ａ）において示されるアノード配線５１及びカソード配線５２の他端の形態（接続端子５３）は一例である。他の変形例としては、図示略とするが、アノード配線５１及びカソード配線５２はそれぞれの他端において別個の接続端子（図示せず）を備え、アノード配線５１の接続端子がカソード配線の接続端子に接続するように構成し、モジュール化された燃料電池を複数連結することを可能にしてもよい。
さらに他の変形例としては、アノード配線５１及びカソード配線５２のいずれか一方のみを配する構成とし、この唯一の配線の接続端子と、配線が無い集電板に直結された接続端子（図示せず）とを、モジュール化された複数の燃料電池間において連結するように構成してもよい。
このように、モジュール化した燃料電池を複数連結させても、配線５１，５２の方が、集電板３０，４０よりも導電性が高いので、出力密度を低下させることなく燃料電池１１の電力出力を向上させることができる。

第１端板６０Ａは、底面６１と、この底面６１の外周から垂直方向に延設される側面６２とから構成され、この底面６１において、アノード集電板３０に面接触するとともにアノード極２１へ燃料を供給するものである。さらに第１端板６０Ａは、接触するアノード集電板３０が電気的に絶縁状態で保持されるように、自身が絶縁体で構成されるかその接触面が絶縁被膜で被覆されている。
第１端板６０Ａの底面６１は、さらに燃料供給路６３Ａと、排気通過孔６７とが設けられている。そして、燃料供給路６３Ａは、第１端板６０Ａの底面６１のアノード集電板３０の側に開口する複数の燃料供給孔６４と、これら全ての燃料供給孔６４に連通する連通路６５と、この連通路６５が延長して第１端板６０Ａの外側に開口する燃料注入口６６と、から構成される。

この燃料注入口６６は、燃料が貯蔵される図示しない燃料タンクに連結している。この燃料タンクから燃料が所定の圧力で燃料注入口６６に送出されると、燃料は、連通路６５を伝って複数の燃料供給孔６４の開口から均等な圧力でアノード極２１に供給される。
ところで、本実施形態において、燃料のアノード極２１への供給は、前記したように燃料供給路６３Ａを手段として用いるものであったが、これに限定されるものではなく変形例として、連通路６５及び燃料供給孔６４のような穿孔を設けるのでなく、これら全体を連続した空間とし液体燃料が保持されるように形成してもよい。

また第１端板６０Ａの側面６２には、アノード引出口６８とカソード引出口６９とが設けられている。
アノード引出口６８は、アノード集電板３０の接片３１が位置する部分で、第２端板７０Ａが組みつけられた状態で（図２（ａ）参照）、アノード押圧部位７２が係合するように構成されている。この接片３１とアノード配線５１の末端の一部とを重ねた状態で、アノード引出口６８とアノード押圧部位７２とを係合させる。すると、この接片３１とアノード配線５１の末端の一部とは圧力により押し付けられて電気的に良好に接続することとなる。
カソード引出口６９は、カソード集電板４０の接片４１が位置する部分で、第２端板７０Ａが組みつけられた状態で（図２（ａ）参照）、カソード押圧部位７３が対峙するように構成されている。この接片４１とカソード配線５２の末端の一部とを重ねた状態で、第１端板６０Ａと第２端板７０Ａとを合わせる。すると、この接片４１とカソード配線５２の末端の一部とは圧力により押し付けられて電気的に良好に接続することとなる。

排気通過孔６７は、第１端板６０Ａの底面６１を貫通するように設けられ、位置はそれぞれアノード集電板３０の排気孔３２の位置に一致している。そして、排気通過孔６７は、電気化学反応の副生成ガスである二酸化炭素を外部に放出するものである。

第２端板７０Ａは、酸素供給孔７１と、アノード押圧部位７２と、カソード押圧部位７３とを有し、酸素供給孔７１が開口する一方の面でカソード集電板４０に面接触するとともにカソード極２３へ酸素（エア）を供給するものである。さらに第２端板７０Ａは、接触するカソード集電板４０が電気的に絶縁状態で保持されるように、自身が絶縁体で構成されるかその接触面が絶縁被膜で被覆されている。

次に、図１及び図２（ｂ）を参照しシール部材８１，８２，８３，８４の説明を行う。
第１シール部材８１は、燃料供給孔６４を包囲するようにして第１端板６０Ａに刻設されたパッキン溝７５に配置され、アノード集電板３０及び第１端板６０Ａの接触面を伝って液体燃料が漏洩するのを防止する。

第２シール部材８２は、アノード極２１を包囲するようにして電解質膜２２とアノード集電板３０の間に配置され、包囲している外側に液体燃料が漏洩するのを防止する。さらに第２シール部材８２が包囲する領域の外側においてアノード配線５１とアノード集電板３０の接片３１とが接触するようになっている。これにより、液体燃料が漏洩してアノード配線５１に付着して腐食することが防止される。

第３シール部材８３は、カソード極２３を包囲するようにして電解質膜２２とカソード集電板４０の間に配置され、万が一漏洩した液体燃料がカソード極２３に進入するのを防止する。
このようにアノード極２１側から液体燃料の漏洩を防止し、液体燃料がカソード極２３側に浸入するのを防止するのは、カソード極２３の活性が低下して発電効率が低下することを防止するためである。

第４シール部材８４は、酸素供給孔７１を包囲するようにして第２端板７０Ａに刻設されたパッキン溝７４に配置され、カソード集電板４０及び第２端板７０Ａの接触面を伝って副生成物の水が漏洩するのを防止する。さらに第４シール部材８４が包囲する領域の外側においてカソード配線５２とカソード集電板４０の接片４１とが接触するようになっている。これにより、水が漏洩してカソード配線５２に付着して腐食することが防止される。

押圧部材８５は、例えば、図示されるような燃料電池１１の四隅において第１端板６０と第２端板７０Ａとを螺旋締結するようなものである。つまり、アノード集電板３０及びカソード集電板４０で膜電極接合体２０を挟持する方向に第１端板６０Ａと第２端板７０Ａとに圧力を付与し、膜電極接合体２０、アノード集電板３０及びカソード集電板４０の積層体を、第１端板６０と第２端板７０とが成す空間に保持する機能を有するものである。さらにこの押圧部材８５が付与する圧力は、配線５１、５２と集電板４１、５１とを押圧し接触抵抗を低減し、電気的接続を良好にしている。
なお、図示される押圧部材８５は、例示であって、前記機能を発揮させるものであれば全て該当する、例えば、第１端板６０と第２端板７０Ａとを接触面にて接合させる接着剤等も該当する。

ガス透過膜８６は、排気通過孔６７の外界に開放している方の開口に設けられている。このガス透過膜８６は、電機化学反応による副生成ガス（二酸化炭素）を透過するが、燃料を透過させない性質を具備するものである。このような気体透過性を有するガス透過膜８６としては、織布、不織布、ネット、フェルト等が考えられ、例えば、連続多孔質ポリテトラフロロエチレン（expanded PTFE）、商品としてゴアテックス（商標）等が挙げられる。
このようなガス透過膜８６により、排気孔３２及び排気通過孔６７に滞留している液体燃料が外部に漏洩しないようにその開口を密閉しつつ、副生成ガスのみを外部に排出することが可能になる。

図３を参照して、配線（アノード配線５１、カソード配線５２）の末端と集電板（アノード集電板３０、カソード集電板４０）とが接続する構造の変形例を示す。
図３（ａ）は図２（ｂ）のカソード配線５２の末端周辺を拡大した拡大図である。図３（ｂ）は、第２端板７０Ａとカソード配線５２との間に絶縁性を有する第１弾性部材８７を配置して構成した図である。
第１弾性部材８７は、第２端板７０Ａから伝達される圧力をさらに仲介して伝達し、カソード配線５２をカソード集電板４０に接続させるものである。
また図３（ｃ）は、この第１弾性部材８７と第４シール部材８４とが一体化して構成された第４シール部材８４´を適用した図である。

そして図３（ｄ）は、第１端板６０Ａとカソード集電板４０との間に絶縁性を有する第２弾性部材８８をさらに配置して構成した図である。
第２弾性部材８８は、第１端板６０Ａから伝達される圧力をさらに仲介して伝達しカソード配線５２が接続するカソード集電板４０の反対面に配置されるものである。
このような第１弾性部材８７及び第２弾性部材８８により集電板４０（３０）と配線５２（５１）との接触による電気的接続が向上することとなる。
さらに、配線５１，５２と、これら弾性部材８７，８８を介して接触する他の部位（例えば、カソード引出口６９、カソード押圧部位７３等）の寸法精度を緩めることができ、燃料電池の組み立て時の歩留まり向上に寄与する。

なお、図３に示す変形例は、第２端板７０Ａとカソード集電板４０とがカソード配線５２を挟持するように構成されている場合を示したが、これに限定されるものでなく、第１端板６０Ａとカソード集電板４０とがカソード配線５２を挟持する場合、第２端板７０Ａとアノード集電板３０とがアノード配線５１を挟持する場合、第１端板６０Ａとアノード集電板３０とがアノード配線５１を挟持する場合も取り得る。

（第２実施形態）
以下、図４、図５を参照して、本発明に係る燃料電池の第２実施形態について説明する。以下において、図２（ｂ）に示すように膜電極接合体２０、アノード集電板３０及びカソード集電板４０を予め組み合わせたものをＭＥＡユニット９０という。
ＤＭＦＣは単独のＭＥＡユニット９０当りの電圧が通常０．８Ｖ以下と低いため、複数のＭＥＡユニット９０を直列に接続して燃料電池を構成するのが一般的である。
図４、図５に示される燃料電池１２は、複数のＭＥＡユニット９０を直列に接続し電力の出力の向上を図るものである。

図４に示される燃料電池１２の構成要素に関し、前出のものについては、図１と同一の符号を付し本明細書中の該当部分の記載を援用し説明を省略する。そして、形態が相違するが機能が同等の構成要素については、符号に添字Ｂを付して説明をする（適宜、図１の添字Ａが付された同符号に該当する部材の説明も参照）。

第１端板６０Ｂは、直列に接続された複数のＭＥＡユニット９０（図では６個）を内部に配置するものである。そして、この第１端板６０Ｂには、各ＭＥＡユニット９０の配置される位置に対応して燃料供給路６３Ｂ及び排気通過孔６７が設けられている。
この第１端板６０Ｂの側面には、ＭＥＡユニット９０のカソード集電板の接片４１及びアノード集電板の接片３１が配置されるそれぞれ対応する位置にカソード引出口６９及びアノード引出口６８が切欠形状に設けられている。

そして第２端板７０Ｂの周縁部には、カソード押圧部位７３及びアノード押圧部位７２がそれぞれカソード引出口６９及びアノード引出口６８に対応する位置に設けられている。そして、カソード押圧部位７３は、組まれた状態において（図５参照）、カソード集電板の接片４１と連結用配線５４の一端との重なる部分を押圧して両者を電気的に接続する。またアノード押圧部位７２は、組まれた状態において（図５参照）、アノード集電板の接片３１と連結用配線５４の他端との重なる部分を押圧して両者を電気的に接続する。
また、複数のＭＥＡユニット９０を連結する連結用配線５４は、図４に示されるように、第１端板６０Ｂ及び第２端板７０Ｂの外側に引き回されるので、液体燃料や、副生成物である水が付着して腐食する恐れがない。

このようにして、隣接するＭＥＡユニット９０同士のアノード集電板３０とカソード集電板４０とが連鎖的に接続し、末端に位置するＭＥＡユニット９０からアノード配線５１及びカソード配線５２を引き出すことにより出力電力を向上させることができる。

このように多数のＭＥＡユニット９０を直列接続する場合、従来、隣接するもの同士を接続する部分で生じる電気抵抗の増加が問題となるが、本実施形態においては、導電性の高い連結用配線５４を適用しているので係る問題は解消されている。
なお図４においては、シール部材の記載を省略しているが、各ＭＥＡユニット９０を単位にその両面においてそれぞれ外縁を囲むように配置されている。これにより、ＭＥＡユニット９０の両面における接触している隙間から液体燃料及び副生成物である水が漏洩してアノード配線５１、カソード配線５２、連結用配線５４に付着してこれらを腐食させることがない。

（第３実施形態）
以下、図６を参照して、本発明に係る燃料電池の第３実施形態について説明を行う。
本実施形態は、複数の膜電極接合体２０が積層してなる積層型の燃料電池１３に関する。この燃料電池１３は、図６（ａ）に示されるように、カソード配線５１と、アノード配線５２と、第１端板６０Ｃと、第２端板７０Ｃと、ＭＥＡユニット９０Ｃと、から構成される。
この燃料電池１３において、ＭＥＡユニット９０Ｃの最も第２端板７０Ｃ側に配置されるセパレータ９１（後述する）が、カソード集電板４０Ｃの役割を担い、ＭＥＡユニット９０Ｃの最も第１端板６０Ｃ側に配置されるセパレータ９１（図中死角）がアノード集電板の役割を担う。

第１端板６０Ｃは、アノード配線５２の、ＭＥＡユニット９０Ｃが接触する面とは反対側の面に配置されている。また第２端板７０Ｃは、カソード配線５１の、ＭＥＡユニット９０Ｃが接触する面とは反対側の面に配置されている。そして、第１端板６０Ｃ及び第２端板７０Ｃは、図中記載が省略されている圧力付与手段によりＭＥＡユニット９０Ｃを挟持している。
そして、第２端板７０Ｃは、液体燃料が注入される燃料注入口７６と、この燃料注入口７６から燃料通過路９３（図６（ｂ）参照）を通過してＭＥＡユニット９０Ｃを循環した液体燃料が排出される燃料排出口７７と、を有している。また第２端板７０ＣとＭＥＡユニット９０Ｃとが接する境界の燃料注入口７６及び燃料排出口７７の周縁部には、液体燃料の漏洩を防止するシール部材８１Ｃが配置されている。

また第１端板６０Ｃは、図中死角にある、酸素（エア）が送入される酸素送入口と、この酸素送入口から酸素通過路９２（図６（ｂ）参照）を通過してＭＥＡユニット９０Ｃを循環した酸素（エア）が排出される酸素排出口と、を有している。
なお図６（ｂ）において、液体燃料及び酸素（エア）の循環する経路が、部分的に記載されているが、具体的には公知の構成がそのまま採用されるものである。

ＭＥＡユニット９０Ｃは、図６（ｂ）に示されるように、複数の膜電極接合体２０及びセパレータ９１が交互に積層してなるものである。
セパレータ９１は、その第１面に液体燃料が通過する燃料通過路９３が設けられ、第２面に酸素（エア）が通過する酸素通過路９２が設けられている。そして、セパレータ９１は、前記第１面において膜電極接合体２０のアノード極２１に接し、前記第２面において膜電極接合体２０のカソード極２３に接している。このように構成されてセパレータ９１は、アノード極２１へ液体燃料を供給しカソード極２３へ酸素を供給する。

カソード配線５１は、図６（ａ）の分解斜視部分に示されるように、その本体部分が第２端板７０ＣとＭＥＡユニット９０Ｃに挟持され、引出線が外部に延出するように構成されている。そして、カソード配線５１には、電気伝導を遮断する絶縁部材９４が被覆されているが、ＭＥＡユニット９０Ｃに接続する部位と、外部に延出する引出線の端部部位と、においてはこの絶縁部材９４は剥離されている。
このように構成されてカソード配線５１は、第１端板６０Ｃ及び第２端板７０Ｃが挟持される際に付与される圧力によりカソード集電板４０Ｃに接続し電気化学反応により消費される電子を外部負荷から移動させるものである。

アノード配線５２は、図６（ａ）中、その引出線の部分のみ示されているが、前記したカソード配線５１と同等の構成を有している。このように構成されてアノード配線５２は、第１端板６０Ｃ及び第２端板７０Ｃが挟持される際に付与される圧力によりアノード集電板に接続し電気化学反応により生成した電子を外部負荷に移動させるものである。

このように、燃料電池１３の外部に延出するカソード配線５１及びアノード配線５２の引出線が外部負荷に接続されて、燃料電池１３から外部負荷に電力が供給されることとなる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。 （ａ）は第１実施形態に係る燃料電池の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面の断面図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ断面の断面図である。 （ａ）−（ｄ）は、本発明の燃料電池において、電力を外部に出力する配線の接続構造の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。 第２実施形態に係る燃料電池の斜視図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る燃料電池の分解斜視図であり、（ｂ）は積層体の内部構造の部分拡大図である。

符号の説明

１１，１２，１３ 燃料電池
２０ 膜電極接合体
２１ アノード極
２２ 電解質膜
２３ カソード極
３０，３０Ｃ アノード集電板（集電板）
３１，４１ 接片
４０ カソード集電板（集電板）
５１ アノード配線（配線）
５２ カソード配線（配線）
５４ 連結用配線（配線）
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ 第１端板（端板）
６８ アノード引出口
６９ カソード引出口
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ 第２端板
７２ アノード押圧部位
７３ カソード押圧部位
８１，８１Ｃ 第１シール部材（シール部材）
８２ 第２シール部材（シール部材）
８３ 第３シール部材（シール部材）
８４ 第４シール部材（シール部材）
８５ 押圧部材
８７ 第１弾性部材（弾性部材）
８８ 第２弾性部材（弾性部材）
９０ ＭＥＡユニット
９０Ｃ ＭＥＡユニット（積層体）
９１ セパレータ

Claims (7)

1. アノード極において燃料を酸化させカソード極において酸素を還元して電気化学反応する膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体の前記アノード極の側に設けられ前記電気化学反応により生成した電子を収集するアノード集電板と、
   前記膜電極接合体の前記カソード極の側に設けられ前記電気化学反応により消費される電子を収集するカソード集電板と、
   前記アノード集電板に面接触するとともに前記アノード極へ前記燃料を供給する第１端板と、
   前記カソード集電板に面接触するとともに前記カソード極へ前記酸素を供給する第２端板と、
   前記アノード集電板及び前記カソード集電板で前記膜電極接合体を挟持する方向に前記第１端板と第２端板とに圧力を付与する押圧部材と、
   前記押圧部材により付与された前記圧力により前記アノード集電板及び／又は前記カソード集電板に接続しこれら集電板よりも高導電性の部材からなる配線と、を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記アノード集電板及び／又は前記カソード集電板の面のうち少なくとも前記配線が接続する側の接触面に液体の漏洩を防止するシール部材を配置し、
   前記配線は前記シール部材が囲む前記接触面の領域の外側で前記接続をしていることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池において、
   第１端板及び／又は第２端板から伝達される前記圧力を仲介して伝達し前記配線を前記アノード集電板及び／又は前記カソード集電板に前記接続させるとともに絶縁性を有する第１弾性部材を備えることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池において、
   第１端板及び／又は第２端板から伝達される前記圧力を仲介して伝達し前記配線が接続する前記アノード集電板及び／又は前記カソード集電板の反対面に配置されるとともに絶縁性を有する第２弾性部材を備えることを特徴とする燃料電池。
5. アノード極において燃料を酸化させカソード極において酸素を還元して電気化学反応する膜電極接合体と、
   複数の前記膜電極接合体と交互に配列して積層体を構成するとともに前記アノード極へ前記燃料を供給し前記カソード極へ前記酸素を供給するセパレータと、
   前記積層体の一方の端面に設けられ前記電気化学反応により生成した電子を収集するアノード集電板と、
   前記積層体の他方の端面に設けられ前記電気化学反応により消費される電子を収集するカソード集電板と、
   前記積層体を挟持する第１端板及び第２端板と、
   前記第１端板及び第２端板が前記挟持する際に付与する圧力により前記アノード集電板及び／又は前記カソード集電板に接続し前記電気化学反応による電力を出力する配線と、を備えることを特徴とする燃料電池。
6. 前記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池において、
   前記配線はフレキシブルプリント基板又はフレキシブルフラットケーブルであることを特徴とする燃料電池。
7. 前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池において、
   前記配線と第１端板又は第２端板とが接触する部位には絶縁処理が施されていることを特徴とする燃料電池。

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