JP2008251286A - Tubular fuel battery cell, and tubular fuel battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チューブ形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セル、およびチューブ型燃料電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a tube-type fuel cell and a tube-type fuel cell module that are used in a tube-type fuel cell that is reduced in cost and can be reduced in size by being formed into a tube shape.
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燃焼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。 A unit cell, which is a minimum power generation unit of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell having a flat plate structure (hereinafter sometimes simply referred to as a fuel cell), generally has a catalyst electrode layer bonded to both sides of the solid electrolyte membrane. A membrane electrode assembly is provided, and gas diffusion layers are disposed on both sides of the membrane electrode assembly. In addition, a separator having a gas flow path is disposed on the outside thereof, and the fuel gas and the combustion gas supplied to the catalyst electrode layer of the membrane electrode composite are passed through the gas diffusion layer, and power generation is performed. It works to convey the current obtained by the outside.
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。そこで、膜電極複合体を平板構造ではなく、同軸上に上記膜電極複合体の各層が積層されたチューブ形状または円柱形状に形成することが提案されている。このようなチューブ型燃料電池セルは、その径を細く形成することにより、一定の空間に対して密に配置し、単位体積あたりの電極面積を増加することができるからである。 In order to reduce the size of the fuel cell and increase the power generation reaction area per unit volume, it is necessary to reduce the thickness of the constituent members of the fuel cell. However, in such a conventional flat-plate structure fuel cell, it is not preferable in terms of function and strength to make the thickness of each component member a certain value or less, and the design limit is approaching. Therefore, it has been proposed to form the membrane electrode assembly in a tube shape or a cylindrical shape in which each layer of the membrane electrode assembly is laminated on the same axis instead of a flat plate structure. This is because such a tube-type fuel cell can be densely arranged in a certain space by increasing its diameter, thereby increasing the electrode area per unit volume.
上記チューブ型燃料電池セルの例としては、図９のような構造のものを挙げることができる。図９(ａ)はチューブ型燃料電池セルの軸方向の断面を示す縦断面図であり、図９(ｂ)は、周方向の断面(Ａ−Ａ’矢視断面)を示す横断面図である。図９に示すようにチューブ型燃料電池セル１０は、チューブ形状の固体電解質膜１と、この固体電解質膜１の外周側に形成された外側触媒電極層２と、上記固体電解質膜１の内周側に形成された内側触媒電極層３とから構成された膜電極複合体４を有する。上記膜電極複合体４の外周面には外側集電体５が、内周面には内側集電体６が配置される。上記チューブ型燃料電池セル１０は、例えば図１０に示すように、チューブ型燃料電池セル１０を複数本並列に配置し、各チューブ型燃料電池セル１０の内側集電体（図示略）および外側集電体（図示略）をそれぞれ外部端子に接続した状態で、内側集電体内部に燃焼ガスを通流し、外側集電体の外側に燃料ガスを通流するか、図１０とは逆に内側集電体内部に燃料ガスを通流し、外側集電体の外側に燃焼ガスを通流することにより、燃料電池として用いられる。
As an example of the tube-type fuel cell, a structure as shown in FIG. 9 can be cited. FIG. 9A is a longitudinal sectional view showing a cross section in the axial direction of the tube-type fuel cell, and FIG. 9B is a transverse sectional view showing a circumferential cross section (cross section taken along line AA ′). is there. As shown in FIG. 9, the
このようなチューブ型燃料電池セルにおいては、集電効率を高めるために、膜電極複合体と集電体とがある程度の接触圧力をもって密着していることが要求されるが、特許文献１においてはコイル形状を有するコイル状集電体が用いられており、このコイル形状が有する復元力を利用して集電体と膜電極複合体とを密着させている。しかしながらチューブ型燃料電池セルは、燃料電池の運転中の熱や生成水、さらにはガス圧等に起因する膨張・収縮を繰り返すものであり、チューブ形状に積層された各構成部材の膨張・収縮率が異なるため、隣接する層の剥離等の不具合が発生することがある。上記特許文献１のようにコイル状集電体を用いた場合でも、上記膨張・収縮に際して膜電極複合体と集電体との接触圧力を維持できなくなる場合がある。 In such a tube-type fuel cell, in order to increase current collection efficiency, it is required that the membrane electrode assembly and the current collector are in close contact with a certain degree of contact pressure. A coil-shaped current collector having a coil shape is used, and the current collector and the membrane electrode assembly are brought into close contact with each other by utilizing the restoring force of the coil shape. However, the tube type fuel cell repeatedly expands and contracts due to heat, generated water, gas pressure, etc. during operation of the fuel cell, and the expansion / contraction rate of each component layered in the tube shape Therefore, there may be a problem such as peeling of adjacent layers. Even when a coiled current collector is used as in Patent Document 1, the contact pressure between the membrane electrode assembly and the current collector may not be maintained during the expansion and contraction.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、膜電極複合体の径変化への追従が可能な集電体を有するチューブ型燃料電池セルを提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide a tubular fuel cell having a current collector capable of following a change in diameter of a membrane electrode assembly. .
上記目的を達成するために、本発明は、チューブ形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を有する膜電極複合体、上記膜電極複合体の外周面に配置された外側集電体および上記膜電極複合体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セルであって、上記外側集電体および内側集電体の少なくとも一方が、上記膜電極複合体の径の変化に追従する径変化追従機能を有する集電体であることを特徴とするチューブ型燃料電池セル（以下、セルとする場合がある。）を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a tube-shaped solid electrolyte membrane, an outer catalyst electrode layer formed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte membrane, and an inner surface formed on the inner peripheral surface of the solid electrolyte membrane. A tube type having a membrane electrode assembly having a catalyst electrode layer, an outer current collector disposed on an outer peripheral surface of the membrane electrode complex, and an inner current collector disposed on an inner peripheral surface of the membrane electrode complex A fuel battery cell, wherein at least one of the outer current collector and the inner current collector is a current collector having a diameter change tracking function of following a change in diameter of the membrane electrode assembly. Provided is a tubular fuel cell (hereinafter sometimes referred to as a cell).
本発明においては、熱膨張等により膜電極複合体の径が変化すると、その変化に追従して外側集電体および／または内側集電体（以下、集電体とする場合がある。）の径も変化する。これにより、燃料電池の運転中に膜電極複合体の径が変化した場合でも、膜電極複合体と集電体との間の密着性を維持することができ、高い集電効率を維持することができる。 In the present invention, when the diameter of the membrane electrode assembly changes due to thermal expansion or the like, the outer current collector and / or the inner current collector (hereinafter sometimes referred to as a current collector) follow the change. The diameter also changes. As a result, even when the diameter of the membrane electrode assembly changes during operation of the fuel cell, the adhesion between the membrane electrode assembly and the current collector can be maintained, and high current collection efficiency can be maintained. Can do.
上記発明においては上記径変化追従機能を有する集電体が、コイル形状を有することが好ましい。このようなコイル形状の集電体は容易に製造することができるからである。また、上記コイル形状は、径方向のガス透過性の観点からも好ましい形状である。 In the said invention, it is preferable that the said electrical power collector which has the said diameter change follow-up function has a coil shape. This is because such a coil-shaped current collector can be easily manufactured. Moreover, the said coil shape is a preferable shape also from a gas-permeable viewpoint of radial direction.
また、本発明においては、上記径変化追従機能が、上記外側集電体の内径または内側集電体の外径を外部からの作用により変化させる径変化追従手段によるものであってもよい。このような径変化追従手段を用いて集電体の径を変化させることにより、供給されるガスの圧力等に応じた適切な径に調整することができる。 In the present invention, the diameter change tracking function may be based on a diameter change tracking means that changes the inner diameter of the outer current collector or the outer diameter of the inner current collector by an external action. By changing the diameter of the current collector using such a diameter change tracking means, it is possible to adjust the current to an appropriate diameter according to the pressure of the supplied gas.
上記発明において上記径変化追従手段は、外部からの作用により上記外側集電体又は内側集電体の軸方向長さを変化させることにより上記外側集電体の内径または内側集電体の外径を変化させるものであってもよい。このような径変化追従手段を用いることにより、単純な機構で集電体の径を変化させることができる。 In the above invention, the diameter change follow-up means may change the axial length of the outer current collector or the inner current collector by an action from the outside, thereby changing the inner diameter of the outer current collector or the outer diameter of the inner current collector. May be used. By using such diameter change tracking means, the diameter of the current collector can be changed with a simple mechanism.
さらに、本発明においては、上記径変化追従機能が、上記外側集電体または内側集電体自身の特性によるものであってもよい。この場合、径変化に追従させる機構を別途設ける必要がないため、セルの単純な構造を維持しつつ、高い機能を付与することができる。この場合、上記外側集電体または内側集電体が、コイル形状の線材を用いて形成されたものであってもよく、また、上記外側集電体または内側集電体が、形状記憶合金を用いて形成されたものであってもよい。 Further, in the present invention, the diameter change tracking function may be based on the characteristics of the outer current collector or the inner current collector itself. In this case, since it is not necessary to provide a separate mechanism for following the diameter change, it is possible to provide a high function while maintaining a simple cell structure. In this case, the outer current collector or the inner current collector may be formed by using a coil-shaped wire, and the outer current collector or the inner current collector is made of a shape memory alloy. It may be formed by using.
上記集電体が形状記憶合金を用いて形成されたものである場合、上記形状記憶合金の形状が形状回復温度以上の温度において、上記外側集電体と上記膜電極複合体との接触圧力または上記内側集電体と上記膜電極複合体との接触圧力が、供給ガス流の下流側よりも上流側で高くなるように記憶されたものであることが好ましい。膜電極複合体に供給される供給ガスは、その流路において通常は上流側の方では圧力が高く、下流に進むにつれて次第に圧力が低下する。そのため流路の上流側においては膜電極複合体が供給ガス流から受ける圧力が下流側よりも大きく、供給ガス流から受ける圧力による膜電極複合体の変形も大きい。よって、上流側と下流側とで接触圧力が異なる集電体を用いることにより、このような膜電極複合体の変形を抑制することができる。 In the case where the current collector is formed using a shape memory alloy, the contact pressure between the outer current collector and the membrane electrode composite or the shape of the shape memory alloy at a temperature equal to or higher than the shape recovery temperature or It is preferable that the contact pressure between the inner current collector and the membrane electrode assembly is stored so as to be higher on the upstream side than on the downstream side of the supply gas flow. The supply gas supplied to the membrane electrode assembly usually has a higher pressure on the upstream side in the flow path, and the pressure gradually decreases as it goes downstream. Therefore, on the upstream side of the flow path, the pressure that the membrane electrode assembly receives from the supply gas flow is larger than that on the downstream side, and the deformation of the membrane electrode assembly due to the pressure received from the supply gas flow is large. Therefore, such a deformation of the membrane electrode assembly can be suppressed by using current collectors having different contact pressures on the upstream side and the downstream side.
上記発明においては、上記外側集電体と上記膜電極複合体との間、および上記内側集電体と上記膜電極複合体との間の少なくとも一方に多孔質層が形成されていることが好ましい。このような多孔質層を設けることにより、集電体が食い込むこと等による膜電極複合体の破損等を防止することができる。 In the above invention, it is preferable that a porous layer is formed between at least one of the outer current collector and the membrane electrode complex and between the inner current collector and the membrane electrode complex. . By providing such a porous layer, it is possible to prevent the membrane electrode assembly from being damaged due to the current collector biting in.
さらに本発明は、上述したチューブ型燃料電池セルを用いたことを特徴とするチューブ型燃料電池モジュールを提供する。本発明のチューブ型燃料電池モジュールは、上述したようなチューブ型燃料電池セルを用いたものであるので、集電効率が良好であることから発電効率が良好であり、かつ低コストであるという利点を有するものである。 Furthermore, the present invention provides a tube-type fuel cell module using the above-described tube-type fuel cell. Since the tube type fuel cell module of the present invention uses the tube type fuel cell as described above, the current collection efficiency is good, so that the power generation efficiency is good and the cost is low. It is what has.
本発明のチューブ型燃料電池セルは、運転中の膜電極複合体の径変化にもかかわらず高い集電効率を維持することができることから、このような本発明のチューブ型燃料電池セルは、それを用いた燃料電池の発電効率を向上させることができるといった利点を有する。 The tubular fuel cell of the present invention can maintain high current collection efficiency despite the change in the diameter of the membrane electrode assembly during operation. It has the advantage that the power generation efficiency of the fuel cell using can be improved.
本発明は、チューブ型燃料電池セル、およびチューブ型燃料電池モジュールを含むものである。以下、それぞれについて詳細に説明する。
Ａ．チューブ型燃料電池セル
本発明のチューブ型燃料電池セルはチューブ形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を有する膜電極複合体、上記膜電極複合体の外周面に配置された外側集電体、および上記膜電極複合体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セルであって、上記外側集電体および内側集電体の少なくとも一方が、上記膜電極複合体の径の変化に追従する径変化追従機能を有する集電体であることを特徴とするものである。
The present invention includes a tube type fuel cell and a tube type fuel cell module. Hereinafter, each will be described in detail.
A. Tube fuel cell The tube fuel cell of the present invention is formed on a tube-shaped solid electrolyte membrane, an outer catalyst electrode layer formed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte membrane, and an inner peripheral surface of the solid electrolyte membrane. A membrane electrode assembly having an inner catalyst electrode layer, an outer current collector disposed on the outer peripheral surface of the membrane electrode complex, and an inner current collector disposed on the inner peripheral surface of the membrane electrode complex. A tubular fuel cell having at least one of the outer current collector and the inner current collector having a diameter change tracking function of following a change in the diameter of the membrane electrode assembly. It is a feature.
燃料電池は燃料ガスと燃焼ガスとの化学反応により発電するものであるため、反応が進行する場所であるセル内は、反応熱および反応生成水に曝される。そのためセルの各構成部材は、燃料電池の運転／停止の度に熱膨張・収縮や生成水による膨潤・収縮を繰り返すこととなる。また、チューブ形状のセルの内部および外部に供給される燃料ガスおよび燃焼ガスの圧力差等により、セルの径が増減する場合がある。このような寸法変化の度合いは構成部材によって異なるため、積層された層間の剥離が生じる場合がある。 Since the fuel cell generates power by a chemical reaction between the fuel gas and the combustion gas, the inside of the cell, where the reaction proceeds, is exposed to reaction heat and reaction product water. Therefore, each constituent member of the cell repeats thermal expansion / contraction and swelling / contraction by generated water every time the fuel cell is operated / stopped. Further, the cell diameter may increase or decrease due to a pressure difference between the fuel gas and the combustion gas supplied to the inside and outside of the tube-shaped cell. Since the degree of such a dimensional change varies depending on the constituent members, peeling between the stacked layers may occur.
そこで本発明のセルにおいては、膜電極複合体の径変化に追従する径変化追従機能を集電体に付与することにより、膜電極複合体と集電体との剥離または密着性の低下を防止することを可能とした。すなわち、外側集電体の場合は膜電極複合体の外径の減少に追従して外側集電体の内径も減少させ、内側集電体の場合は膜電極複合体の内径の増加に追従して内側集電体の外径も増加させることにより、燃料電池の運転中に膜電極複合の径が変化した場合でも、膜電極複合体と集電体との密着性を維持することができる。 Therefore, in the cell of the present invention, the current collector is provided with a diameter change tracking function that follows the diameter change of the membrane electrode composite, thereby preventing peeling or deterioration of adhesion between the membrane electrode composite and the current collector. Made it possible to do. That is, in the case of the outer current collector, the inner diameter of the outer current collector is also reduced following the decrease in the outer diameter of the membrane electrode complex, and in the case of the inner current collector, the increase in the inner diameter of the membrane electrode complex is followed. By increasing the outer diameter of the inner current collector, the adhesion between the membrane electrode composite and the current collector can be maintained even when the diameter of the membrane electrode composite changes during operation of the fuel cell.
上述した膜電極複合体と集電体との密着性の低下を防止することに加え、本発明においては、膜電極複合体の径変化に起因する膜電極複合体と集電体との過度の密着も防止することができる。例えば、燃料電池の運転中のガス圧等に伴い膜電極複合体の外径が増加する場合はその増加に追従して外側集電体の内径を増加させ、膜電極複合体の内径が減少する場合はその減少に追従して内側集電体の外径を減少させる。このように集電体の径を変化させることより、集電体が膜電極複合体に食い込む等の膜電極複合体と集電体との過度な密着に起因する膜電極複合体の破損等を防止することができる。 In addition to preventing the above-described decrease in the adhesion between the membrane electrode assembly and the current collector, in the present invention, the membrane electrode composite and the current collector are excessively caused by the change in the diameter of the membrane electrode composite. Adhesion can also be prevented. For example, when the outer diameter of the membrane electrode assembly increases with the gas pressure during the operation of the fuel cell, the inner diameter of the outer current collector is increased following the increase, and the inner diameter of the membrane electrode assembly decreases. In this case, the outer diameter of the inner current collector is reduced following the decrease. By changing the diameter of the current collector in this way, damage to the membrane electrode composite caused by excessive adhesion between the current collector and the membrane electrode composite such as the current collector bites into the membrane electrode composite is prevented. Can be prevented.
以下、本発明における集電体の径変化の例を、図を用いて説明する。
図１は、上記図９のチューブ型燃料電池セルに本発明における径変化追従機能を有する内側集電体を用いた場合の、上記内側集電体の径変化の一例を説明する概略構成図である。図１(ａ)は、燃料電池の停止中における内側集電体１１の状態を例示するものであり、図１(ｂ)は燃料電池の作動中における内側集電体１１の状態を例示するものである。例えばチューブ形状のセルの内側に供給されるガスの圧力によって膜電極複合体(図示略）の径が増加する場合、燃料電池の停止中はガスが供給されていないため膜電極複合体の径は小さく、図１(ａ)に例示するように内側集電体１１はコイル形状が伸びた(ピッチが広い)状態であり、その径は小さい。燃料電池の作動が開始されてガスがセルの内側に供給されると、ガスの供給圧力の増加に伴い膜電極複合体の径は増加する。その際、図１(ｂ)に例示するように、内側集電体１１の一端に連結された駆動部１２が上記ガスの供給圧力の上昇に伴って図の右側へ移動すると内側集電体１１の軸方向長さは縮められ、その径は増加する。このように集電体の径を変化させることにより、燃料電池の運転中に膜電極複合体の径が変化した場合でも膜電極複合体と集電体との剥離や密着性の低下を防止することができるため、両者の密着性を維持することができ、高い集電効率を維持することができる。
Hereinafter, an example of the diameter change of the current collector in the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an example of a change in the diameter of the inner current collector when the inner current collector having a diameter change tracking function according to the present invention is used for the tube type fuel cell of FIG. is there. FIG. 1 (a) illustrates the state of the inner
本発明のチューブ型燃料電池セルは、上記径変化追従機能の違いによって第１態様と第２態様との二つの態様に分けることができる。以下、それぞれの態様について説明する。 The tube type fuel cell of the present invention can be divided into two modes, a first mode and a second mode, according to the difference in the diameter change following function. Each aspect will be described below.
１．第１態様
本発明のチューブ型燃料電池セルの第１態様は、上記径変化追従機能が、上記外側集電体の内径または内側集電体の外径を外部からの作用により変化させる径変化追従手段によるものであることを特徴とするものである。すなわち、本態様においては、アクチュエータ等の径変化追従手段を設けることにより、集電体に径変化追従機能を付与する。このような径変化追従手段を設けることにより、触媒電極層の径の微妙な変化に精度よく集電体の径を追従させることができる。
1. 1st aspect The 1st aspect of the tube type fuel cell of the present invention is such that the diameter change following function changes the inner diameter of the outer current collector or the outer diameter of the inner current collector by an external action. It is based on a means. That is, in this aspect, the diameter change tracking function is provided to the current collector by providing the diameter change tracking means such as an actuator. By providing such a diameter change tracking means, it is possible to accurately follow the diameter of the current collector to a subtle change in the diameter of the catalyst electrode layer.
以下、本態様のチューブ型燃料電池セルを、内側集電体およびその周辺部を示す上記図１を用いて説明する。図１(ａ)に示すように、内側集電体１１は駆動部１２を介して上流側ガスチャンバー１３内の可動板１４と連結されている。燃料電池が停止中においては、内側集電体１１はそのコイル形状が伸びた状態になっている。
Hereinafter, the tubular fuel cell of this embodiment will be described with reference to FIG. 1 showing the inner current collector and its peripheral portion. As shown in FIG. 1A, the inner
図１(ｂ)に例示するように、燃料電池の運転に上流側ガスチャンバー１３に供給されたガス１５は、可動板１４に形成された開口部（図示略）を通過して内側集電体１１の内側へ流入し、内側集電体１１の隙間から、当該内側集電体１１の外側に配置された膜電極複合体(図示略）に供給される。膜電極複合体に供給されなかった余剰のガスは下流側ガスチャンバー１６より排出される。上流側ガスチャンバー１３にガス１５が供給されると、上記ガス１５の圧力により可動板１４が図の右方向へ押され、この可動板１４の動きは駆動部１２を介して内側集電体１１へ伝わる。内側集電体１１の下流側の端部は固定されているため、上流側(駆動部１２側)の端部が右方向へ押されると、内側集電体１１の軸方向の長さは縮められ、これにより内側集電体１１のコイル形状の径は増加する。一方、上流側ガスチャンバー１３の上流側の壁と、可動板１４(駆動部１２の反対側)とにその両端が固定されている戻しバネ１７は、可動板１４が右に移動することにより、伸びた状態となる。
As illustrated in FIG. 1B, the
燃料電池の運転が停止され、ガス１５が供給されなくなると、可動板１４へガス１５の圧力がかからなくなるため、戻しバネ１７の復元力によって可動板１４は元の図１(ａ)の位置へ戻され、それに伴い内側集電体１１の径も減少する。ガス１５の圧力による膜電極複合体の径変化量は、ガス１５の圧力の増減に伴い増減するが、可動板１４の位置、すなわち内側集電体１１の径変化量もガス１５の圧力に追従するため、膜電極複合体の径変化量に合わせて内側集電体１１の径も連続的に変化させることができる。
When the operation of the fuel cell is stopped and the
このようなチューブ型燃料電池セルにおいては、燃料電池運転中にセルの内側に供給されるガスの圧力により膜電極複合体の径が増減した場合でも、当該膜電極複合体の内径の増加に追従して内側集電体の外径も増減させることができるため、膜電極複合体と内側集電体との密着性を維持することができ、集電効率を良好に維持することができる。
以下、このようなチューブ型燃料電池セルについて、それぞれの構成毎に詳細に説明する。
In such a tubular fuel cell, even when the diameter of the membrane electrode assembly increases or decreases due to the pressure of the gas supplied to the inside of the cell during fuel cell operation, the increase in the inner diameter of the membrane electrode assembly follows. Since the outer diameter of the inner current collector can also be increased or decreased, the adhesion between the membrane electrode assembly and the inner current collector can be maintained, and the current collection efficiency can be maintained well.
Hereinafter, such a tubular fuel cell will be described in detail for each configuration.
（１）外側集電体および内側集電体
本態様においては、集電体の径が径変化追従手段によって増減されるものであれば、その径変化の方法等は特に限定されるものではない。例えば、径変化追従手段が、外部からの作用により上記外側集電体又は内側集電体の軸方向長さを変化させることにより上記外側集電体の内径または内側集電体の外径を変化させることが好ましい。このような方法による径変化は、単に集電体の一端を押圧する、または引っ張ることにより行うことができるため、単純な構造の径変化追従手段により行うことができる。また、集電体の一端を固定し、他端を円周方向に回転させる、またはねじることによって集電体の径を増減させてもよい。
(1) Outer current collector and inner current collector In this embodiment, the diameter change method is not particularly limited as long as the current collector diameter can be increased or decreased by the diameter change tracking means. . For example, the diameter change tracking means changes the inner diameter of the outer current collector or the outer diameter of the inner current collector by changing the axial length of the outer current collector or the inner current collector by an external action. It is preferable to make it. Since the diameter change by such a method can be performed simply by pressing or pulling one end of the current collector, it can be performed by a diameter change tracking means having a simple structure. Alternatively, the diameter of the current collector may be increased or decreased by fixing one end of the current collector and rotating or twisting the other end in the circumferential direction.
さらに、本態様においては集電体の径を増減させる方向へ駆動することができるものであればその駆動方法は特に限定されるものではない。上述した図１に例示したように、供給されるガスの圧力によって駆動部が駆動されてもよく、また、膜電極複合体の径の増減の原因となるセル内および／またはその周辺部の圧力、温度、湿度等の変化を検出し、検出した変化に応じて駆動機構を作動させることにより集電体の径を増減させてもよい。例えば、図２に例示するように、上流側ガスチャンバー１３内のガス１５の圧力を検出する圧力センサー１８を設け、当該圧力センサー１８が検出した圧力に応じて作動する駆動モーター１９により可動板１４を駆動等することで集電体の径を増減させることができる。
Furthermore, in this aspect, the driving method is not particularly limited as long as it can be driven in the direction of increasing or decreasing the diameter of the current collector. As illustrated in FIG. 1 described above, the drive unit may be driven by the pressure of the supplied gas, and the pressure in the cell and / or its peripheral part causing the increase or decrease in the diameter of the membrane electrode assembly. Alternatively, the diameter of the current collector may be increased or decreased by detecting changes in temperature, humidity, etc., and operating the drive mechanism in accordance with the detected changes. For example, as illustrated in FIG. 2, a
上述したような集電体は、膜電極複合体の外周に配置される外側集電体としても、膜電極複合体の内周に配置される内側集電体としても用いることができる。例えば、チューブ形状のセルの内側に供給されるガスの圧力によって膜電極複合体の径が増加する場合は、供給ガスの圧力の増加に追従して内側集電体の外径を増加させる。この際、供給ガスの圧力の増加に追従して外側集電体の内径も増加させることが好ましい。これにより、膨張した膜電極複合体と外側集電体との接触圧力が高くなりすぎることに起因する膜電極複合体の破損等を防止することができる。逆に、チューブ形状のセルの外側に供給されるガスの圧力によって膜電極複合体の径が減少する場合は、供給ガスの圧力の増加に追従して外側集電体の内径を減少させ、好ましくは内側集電体外径も減少させる。 The above-described current collector can be used as an outer current collector disposed on the outer periphery of the membrane electrode assembly or an inner current collector disposed on the inner periphery of the membrane electrode assembly. For example, when the diameter of the membrane electrode assembly increases due to the pressure of the gas supplied to the inside of the tube-shaped cell, the outer diameter of the inner current collector is increased following the increase in the pressure of the supply gas. At this time, it is preferable to increase the inner diameter of the outer current collector following the increase in the pressure of the supply gas. As a result, it is possible to prevent the membrane electrode assembly from being damaged due to the contact pressure between the expanded membrane electrode assembly and the outer current collector becoming too high. On the contrary, when the diameter of the membrane electrode assembly decreases due to the pressure of the gas supplied to the outside of the tube-shaped cell, the inner diameter of the outer current collector is preferably decreased following the increase in the pressure of the supply gas. Also reduces the outer diameter of the inner current collector.
また、外側集電体および内側集電体の径を変化させる場合、それぞれを別個に制御しても、両方の径を同一の制御系統により制御してもよい。例えば１つのセンサーが検出した圧力等の情報により、外側集電体を駆動するモーターと、内側集電体を駆動するモーターとを作動させることもできるし、外側集電体および内側集電体の両方を駆動するモーターを作動させることもできる。さらに外側集電体および／または内側集電体の径の制御は、セル毎に行ってもよいし、複数のセルによって構成されるモジュール毎に行ってもよい。 Moreover, when changing the diameter of an outer side electrical power collector and an inner side electrical power collector, each may be controlled separately or both diameters may be controlled by the same control system. For example, a motor for driving the outer current collector and a motor for driving the inner current collector can be operated based on information such as pressure detected by one sensor, and the outer current collector and the inner current collector can be operated. It is also possible to activate a motor that drives both. Furthermore, the control of the diameter of the outer current collector and / or the inner current collector may be performed for each cell or may be performed for each module constituted by a plurality of cells.
上記図等においてはコイル形状の集電体を用いた例が示されているが、本態様において集電体の形状は、その径を増減させることができ、その径方向にガスを透過することができ、チューブ型燃料電池セルの軸方向に断絶されていない形状であれば特に限定されるものではない。例えば、集電体はコイル形状を有するものであってもよく、また、網目構造の物質から構成されたチューブ形状であってもよい。中でも、製造が容易であること等から、コイル形状を有する集電体が好適に用いられる。 In the above figures, etc., an example using a coil-shaped current collector is shown. However, in this embodiment, the shape of the current collector can be increased or decreased in diameter, and gas can permeate in the radial direction. The shape is not particularly limited as long as the shape is not interrupted in the axial direction of the tubular fuel cell. For example, the current collector may have a coil shape, or may have a tube shape made of a network-structured material. Among these, a current collector having a coil shape is preferably used because it is easy to manufacture.
本態様において、上記コイル形状や網目構造を形成するための線材等は特に限定されるものではないが、線材の断面が四角形などの多角形であることが好ましい。断面形状が円である場合よりも、多角形である場合の方が膜電極複合体と集電体との接触面積を広くすることができるからである。膜電極複合体と集電体とが広い面積において接触している方が集電効率を向上することができ、さらに、集電体から受ける応力が膜電極複合体の狭い範囲に集中することも防止することができる。 In this aspect, the wire material for forming the coil shape and the mesh structure is not particularly limited, but the cross section of the wire material is preferably a polygon such as a quadrangle. This is because the contact area between the membrane electrode assembly and the current collector can be made wider when the cross-sectional shape is a polygon than when the cross-sectional shape is a circle. When the membrane electrode assembly and the current collector are in contact with each other over a large area, the current collection efficiency can be improved, and the stress received from the current collector is concentrated in a narrow area of the membrane electrode composite. Can be prevented.
集電体の材料等は導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、使用環境等を考慮すると耐腐食性が高く、膜電極複合体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。さらに、上述したような径変化追従手段から与えられる駆動力により破断等が発生しないことが望まれることがら、ある程度の弾性を有することが好ましい。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。また、金等の耐腐食性の高い金属により表面をメッキすることによっても集電体の耐腐食性を向上させることもできる。 The material of the current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, but it has high corrosion resistance in consideration of the use environment and the like, and does not adversely affect the reaction in the membrane electrode assembly. Preferably there is. Furthermore, it is desirable that the rupture or the like does not occur due to the driving force applied from the diameter change follow-up means as described above. In view of these points, metals having corrosion resistance are preferable, and titanium, gold, platinum, and the like are particularly preferable materials. Among these, titanium is preferable in consideration of cost. The corrosion resistance of the current collector can also be improved by plating the surface with a metal having high corrosion resistance such as gold.
（２）外側多孔質層および内側多孔質層
次に、本態様に用いられる外側多孔質層および内側多孔質層（以下、多孔質層とする場合がある。）について説明する。本態様のチューブ型燃料電池セルにおいては、膜電極複合体(外側触媒電極層)と外側集電体との間に外側多孔質層が、および／または膜電極複合体(内側触媒電極層)と内側集電体との間に内側多孔質層が設けられてもよい。膜電極複合体における集電体と触媒電極層とは、集電効率を高めるために一定以上の圧力をもって密着されている。しかしながら、通常の触媒電極層の剛性はあまり高くないため、集電体が触媒電極層に食い込むことなどによる触媒電極層の破損等によって発電性能が低下する場合がある。そこで、このような不具合を防止するために、触媒電極層と集電体との間に、集電体よりも高い剛性を有する多孔質層を設けることが好ましい。上記多孔質層は、触媒電極層が集電体から受けていた応力を吸収、または分散させることができるため、触媒電極層が受ける応力、特に集中荷重を低減することができる。
(2) Outer Porous Layer and Inner Porous Layer Next, the outer porous layer and the inner porous layer (hereinafter sometimes referred to as a porous layer) used in this embodiment will be described. In the tubular fuel cell of this embodiment, an outer porous layer is provided between the membrane electrode assembly (outer catalyst electrode layer) and the outer current collector, and / or the membrane electrode assembly (inner catalyst electrode layer). An inner porous layer may be provided between the inner current collector. The current collector and the catalyst electrode layer in the membrane electrode assembly are in close contact with each other with a certain pressure or more in order to increase current collection efficiency. However, since the rigidity of a normal catalyst electrode layer is not so high, the power generation performance may be deteriorated due to damage of the catalyst electrode layer due to the current collector biting into the catalyst electrode layer. Therefore, in order to prevent such problems, it is preferable to provide a porous layer having higher rigidity than the current collector between the catalyst electrode layer and the current collector. Since the porous layer can absorb or disperse the stress received by the catalyst electrode layer from the current collector, the stress received by the catalyst electrode layer, particularly the concentrated load, can be reduced.
このような多孔質層は、その目的から、共に用いられる触媒電極層よりも高い剛性を有するものであることが好ましい。また、多孔質層を形成する材料は、導電性を有するものであり、層として形成された際にその膜厚(膜電極複合体の径)方向にガスを透過することができるものであれば特に限定されるものではなく、カーボンペーパーなどが好適に用いられる。上記多孔質層は集電体が有する間隙を通過したガスを触媒電極層へ透過できるものである必要があるため、一定以上の気孔率を有するものであることが好ましい。この際、剛性を確保する観点から、多孔質層が有する気孔の径は、隣接して配置される触媒電極層の気孔よりも径が小さいことが好ましく、気孔の径が０．１μｍ以下であることがより好ましい。さらに、多孔質層は撥水性を有するものであることが好ましい。撥水性を有することにより、多孔質層内に生成水が滞留することを防止することができ、多孔質層のガス透過性を向上させることができるからである。 Such a porous layer preferably has higher rigidity than the catalyst electrode layer used together for that purpose. In addition, the material for forming the porous layer has conductivity, so long as it can pass gas in the direction of the film thickness (diameter of the membrane electrode assembly) when formed as a layer. It is not particularly limited, and carbon paper or the like is preferably used. Since the porous layer needs to be able to permeate the gas that has passed through the gap of the current collector to the catalyst electrode layer, the porous layer preferably has a certain porosity. At this time, from the viewpoint of securing rigidity, the pore diameter of the porous layer is preferably smaller than the pores of the catalyst electrode layer disposed adjacently, and the pore diameter is 0.1 μm or less. It is more preferable. Furthermore, the porous layer preferably has water repellency. This is because by having water repellency, the generated water can be prevented from staying in the porous layer, and the gas permeability of the porous layer can be improved.
本態様のチューブ型燃料電池セルにおける多孔質層としては、多孔質層自身もチューブ形状を有するものが通常用いられる。このような多孔質層は、内側触媒電極層の内側または外側触媒電極層の外側に配置されるものであるため、上述したような触媒電極層の径変化に追従できるものであることが好ましい。本態様において多孔質層は、多孔質層の一例を示す、チューブ型燃料電池セルの軸に垂直な面における概略断面図である図３に例示するようなラップ面３１を有していることが好ましい。図３に例示する多孔質層３２は、上記ラップ面３１において解離する形状であり、外側ラップ領域３３と内側ラップ領域３４とが接触することによってチューブ形状が形成される。例えば多孔質層３２が外側多孔質層である場合、その内側に配置された膜電極複合体（図示略）の外径が増加すると、外側ラップ領域３３が図の反時計周りに、内側ラップ領域３４が図の時計周りにラップ面３１においてスライドすることにより多孔質層３２の径も膜電極複合体に追従して増加する。膜電極複合体の外径が元に戻ると、多孔質層３２の外側に配置された外側集電体（図示略）の内径が減少することによって多孔質層３２の外周面が押圧され、径増加時とは逆の方向へ外側ラップ領域３３と内側ラップ領域３４とがスライドし、多孔質層３２の径も元に戻る。
As the porous layer in the tubular fuel cell of this embodiment, a porous layer itself having a tube shape is usually used. Since such a porous layer is disposed inside the inner catalyst electrode layer or outside the outer catalyst electrode layer, it is preferable that the porous layer can follow the change in the diameter of the catalyst electrode layer as described above. In this embodiment, the porous layer may have a
（３）固体電解質膜
さらに、本態様に用いられる固体電解質膜について説明する。本態様に用いられる固体電解質膜としては、チューブ形状の形態を有し、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、現在平面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：NafionTM、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形状に形成したもの等を挙げることができる。
(3) Solid electrolyte membrane Furthermore, the solid electrolyte membrane used for this aspect is demonstrated. The solid electrolyte membrane used in the present embodiment is not particularly limited as long as it has a tube shape and is made of a material that has excellent proton conductivity and does not flow current.
Specifically, fluorine-based resins such as perfluorosulfonic acid polymers (trade name: Nafion TM , manufactured by DuPont), which are currently used as solid electrolyte membranes for fuel cells with a planar structure, and proton conducting groups are used. The thing etc. which formed hydrocarbon-type resin, such as a polyimide which has it in the shape of a tube, can be mentioned.
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形状に成形し、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形状固体電解質膜や、チューブ形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ものとしては、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。 In addition, as an inorganic solid electrolyte membrane, porous glass is formed into a tube shape, the surface inside the nanopore is modified, and proton-conducting tube-shaped solid electrolyte membrane or tube-shaped phosphorous membrane is provided. What applied acid glass can be mentioned. As the above-mentioned porous glass, for example, by reacting a silane coupling agent of mercaptopropyltrimethoxysilane with an OH group on the pore inner surface of the porous glass, and then oxidizing -SH of the mercapto group. And a method of introducing a sulfonic acid group having proton conductivity (Chemical and Industrial Vol. 57 No. 1 (2004) p41 to p44) and the like. In addition, as an application of phosphate glass, fuel cell Vol. 3 No. 3 2004 p69 to p71 can be mentioned.
（４）外側触媒電極層および内側触媒電極層
最後に、本態様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。本態様において、これらの触媒電極層は、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：NafionTM、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。
(4) Outer catalyst electrode layer and inner catalyst electrode layer Finally, the outer catalyst electrode layer and the inner catalyst electrode layer used in this embodiment will be described. In this embodiment, as these catalyst electrode layers, those used for a fuel cell membrane electrode assembly having a normal planar structure can be used. Specifically, proton conductive materials such as perfluorosulfonic acid polymer (trade name: Nafion TM , manufactured by DuPont), conductive materials such as carbon black and carbon nanotubes, and platinum supported on the conductive materials And the like.
２．第２態様
次に、本発明のチューブ型燃料電池セルの第２態様について説明する。本発明の第２態様は、上記径変化追従機能が、上記外側集電体または内側集電体自身の特性によるものであることを特徴とするものである。本態様においては、集電体自身が有する特性によりその径を変化させるものであり、径を変化させるための機構を別途設ける必要がないため、単純な構造により、集電体の径を変化させることができる。このような集電体自身の特性は、集電体の径変化追従機能が集電体の形状によるもの(第１実施形態)と、集電体を形成する材質によるもの(第２実施形態)とに分類することができる。
以下、それぞれについて詳細に説明する。
2. Second Aspect Next, a second aspect of the tubular fuel cell of the present invention will be described. The second aspect of the present invention is characterized in that the diameter change tracking function is based on characteristics of the outer current collector or the inner current collector itself. In this embodiment, the diameter of the current collector is changed depending on the characteristics of the current collector itself, and it is not necessary to separately provide a mechanism for changing the diameter. Therefore, the diameter of the current collector is changed with a simple structure. be able to. Such characteristics of the current collector itself are due to the current-tracking function of the current collector depending on the shape of the current collector (first embodiment) and the material forming the current collector (second embodiment). And can be classified.
Hereinafter, each will be described in detail.
（１）第１実施形態
本実施形態において集電体は、その形状に由来する弾性力等の復元力を有することにより、上記径変化追従機能を発揮する。このような形状を有する集電体は、隣接して配置される膜電極複合体の径が変化した場合でも、その形状に由来する復元力の作用によりその変化に追従することができる。例えば、外側集電体の場合、隣接して配置される膜電極複合体の外径が増加する力によって外側集電体の内径も増加し、膜電極複合体の外径が元に戻ると、上記復元力により外側集電体は元の形状(内径)に戻り、結果として膜電極複合体の径変化に追従するものとすることができる。
(1) 1st Embodiment In this embodiment, a collector exhibits the said diameter change follow-up function by having restoring force, such as an elastic force originating in the shape. Even when the diameter of the membrane electrode assembly disposed adjacent to the current collector having such a shape changes, the current collector can follow the change by the action of the restoring force derived from the shape. For example, in the case of the outer current collector, the inner diameter of the outer current collector also increases due to the force that increases the outer diameter of the membrane electrode assembly disposed adjacently, and when the outer diameter of the membrane electrode complex returns to the original, The outer current collector returns to its original shape (inner diameter) by the restoring force, and as a result, it can follow the diameter change of the membrane electrode assembly.
このような集電体の径の制御においては、セルの軸方向両端部においてのみ触媒電極層の径の変化に追従させることにより、膜電極複合体の径変化に伴う集電体の脱落を防止することができる。本実施形態においては、上記脱落防止作用に加え、集電体と膜電極複合体との密着性低下や剥離による接触抵抗を低減することができ、集電効率を良好に維持することができるため、セルの軸方向の全ての領域において集電体の径を膜電極複合体の径変化に追従させることが好ましい。 In such control of the current collector diameter, the current collector is prevented from falling off due to the change in the diameter of the membrane electrode assembly by following the change in the diameter of the catalyst electrode layer only at both axial ends of the cell. can do. In the present embodiment, in addition to the above-described drop-off preventing action, the contact resistance due to the adhesion reduction and peeling between the current collector and the membrane electrode assembly can be reduced, and the current collection efficiency can be maintained well. It is preferable that the diameter of the current collector is made to follow the diameter change of the membrane electrode assembly in all the regions in the axial direction of the cell.
このような集電体の形状は、その形状に由来する復元力を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、コイル形状を有するものであってもよく、また、網目構造の物質から構成されたチューブ形状であってもよい。中でも、製造が容易であること等から、コイル形状を有する集電体が好ましい。本実施形態においては、図４に例示するように、集電体がコイル形状の線材を用いて形成されたものであることが特に好ましい。このように、線材自身がコイル形状を有する線材を用いてコイル形状を形成することにより、通常の線材を用いてコイル形状を形成した場合よりも、高い復元力を長時間にわたり維持することができるからである。このようなコイル形状は、全体の形状としてのコイル形状による復元力に加え、線材自身のコイル形状による復元力も有するため、膨張・収縮を繰り返した場合でもその復元力の低下が小さく、膜電極複合体との密着性を良好な状態に長時間維持することができる。このような集電体はセルの外側集電体としても内側集電体としても用いることができるが、上述したようなコイル形状が有する復元力はその径方向の内側に向かって働くものが多いため、外側集電体として好適に用いられる。 The shape of such a current collector is not particularly limited as long as it has a restoring force derived from the shape. For example, the current collector may have a coil shape, or a mesh-structured material. The tube shape comprised from may be sufficient. Among these, a current collector having a coil shape is preferable because it is easy to manufacture. In the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, it is particularly preferable that the current collector is formed using a coil-shaped wire. Thus, by forming a coil shape using a wire having a coil shape, the wire itself can maintain a higher restoring force for a longer time than when a coil shape is formed using a normal wire. Because. Such a coil shape has a restoring force due to the coil shape of the wire itself in addition to the restoring force due to the coil shape as a whole shape, so even when expansion and contraction are repeated, the reduction in the restoring force is small, and the membrane electrode composite Adhesion with the body can be maintained in a good state for a long time. Such a current collector can be used as an outer current collector or an inner current collector of the cell, but the restoring force of the coil shape as described above often works toward the inside in the radial direction. Therefore, it is suitably used as an outer current collector.
上述したようなコイル形状を有する集電体の線径、ピッチ、テンション等は用いられる燃料電池のセルの設計や用いられる線材の材質等により適宜調整して用いることができる。通常は、線材の径が３０μｍ〜１０００μｍの範囲内、好ましくは５０μｍ〜２００μｍの範囲内のものが用いられる。例えば線径０．０５ｍｍの線材を用いる場合は、破断強度等を考慮し、そのテンションは通常３０ｇ以下に設定されることが好ましい。また、通常の線材を用いてコイル形状を形成する場合、集電体の径方向のガス透過性を確保するためにコイル形状は一定以上のピッチにすることが必要であるが、コイル形状の線材を用いる場合は、ピッチを極めて小さくしても集電体のガス透過性を確保することができる。通常、コイルのピッチは０．０３ｍｍ〜１ｍｍの範囲内、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内で設定される。 The wire diameter, pitch, tension, etc. of the current collector having the coil shape as described above can be appropriately adjusted depending on the design of the fuel cell used, the material of the wire used, and the like. Usually, a wire having a diameter of 30 μm to 1000 μm, preferably 50 μm to 200 μm, is used. For example, when a wire having a wire diameter of 0.05 mm is used, the tension is preferably set to 30 g or less in consideration of the breaking strength and the like. In addition, when a coil shape is formed using a normal wire, the coil shape needs to have a certain pitch or more in order to ensure gas permeability in the radial direction of the current collector. Is used, the gas permeability of the current collector can be secured even if the pitch is extremely small. Usually, the coil pitch is set in the range of 0.03 mm to 1 mm, preferably in the range of 0.05 mm to 0.3 mm.
上記コイル形状を有する線材の断面形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては断面が四角形などの多角形であることが好ましい。断面形状が円である場合よりも、多角形である場合の方が膜電極複合体と集電体との接触面積を広くすることができるからである。膜電極複合体と集電体とが広い面積において接触している方が集電効率を向上することができ、さらに、集電体から受ける応力が膜電極複合体の狭い範囲に集中することも防止することができる。 The cross-sectional shape of the wire having the coil shape is not particularly limited, but in the present embodiment, the cross-section is preferably a polygon such as a quadrangle. This is because the contact area between the membrane electrode assembly and the current collector can be made wider when the cross-sectional shape is a polygon than when the cross-sectional shape is a circle. When the membrane electrode assembly and the current collector are in contact with each other over a large area, the current collection efficiency can be improved, and the stress received from the current collector is concentrated in a narrow area of the membrane electrode composite. Can be prevented.
集電体の材料等は導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、使用環境等を考慮すると耐腐食性が高く、セル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。さらに、上述したような径変化追従手段から与えられる駆動力により破断等が発生しないことが望まれることがら、ある程度の弾性を有することが好ましい。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。また、金等の耐腐食性の高い金属により表面をメッキすることによっても集電体の耐腐食性を向上させることもできる。 The material of the current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, but considering the use environment, etc., it has high corrosion resistance and does not adversely affect the reaction in the cell. Is preferred. Furthermore, it is desirable that the rupture or the like does not occur due to the driving force applied from the diameter change follow-up means as described above. In view of these points, metals having corrosion resistance are preferable, and titanium, gold, platinum, and the like are particularly preferable materials. Among these, titanium is preferable in consideration of cost. The corrosion resistance of the current collector can also be improved by plating the surface with a metal having high corrosion resistance such as gold.
（２）第２実施形態
本実施形態において集電体は、その形成に用いられる材料が有する特性により、上記径変化追従機能を発揮する。このような材料により形成された集電体は、隣接して配置される膜電極複合体の径が変化した場合でも、上記材料が有する特性に由来する復元力の作用によりその変化に追従することができる。このような集電体の径の制御においては、上記「第１実施形態」と同様に、セルの軸方向両端部においてのみ膜電極複合体の径の変化に追従させるものでもよいが、セルの軸方向の全ての領域において集電体の径を膜電極複合体の径変化に追従させることが好ましい。本実施形態の集電体は外側集電体としても内側集電体としても用いることができる。この際、外側集電体又は内側集電体のいずれか一方のみの径を変化させてもよいが、外側集電体および内側集電体の両方の径を膜電極複合体の径変化に追従させることが好ましい。
(2) Second Embodiment In the present embodiment, the current collector exhibits the above-described diameter change tracking function due to the characteristics of the material used for forming the current collector. Even when the diameter of the membrane electrode assembly disposed adjacent to the current collector formed by such a material changes, the current collector follows the change by the action of the restoring force derived from the characteristics of the material. Can do. In such a control of the diameter of the current collector, the change in the diameter of the membrane electrode assembly may be followed only at both ends in the axial direction of the cell, as in the “first embodiment”. It is preferable to make the diameter of the current collector follow the change in the diameter of the membrane electrode assembly in all axial regions. The current collector of this embodiment can be used as an outer current collector or an inner current collector. At this time, the diameter of either the outer current collector or the inner current collector may be changed, but the diameters of both the outer current collector and the inner current collector follow the diameter change of the membrane electrode assembly. It is preferable to make it.
このような集電体を形成する材料は、上述したような復元力を有する材料であれば特に限定されるものではないが、形状記憶合金が好適に用いられる。形状記憶合金はその形状回復温度以上の温度にすることにより、予め記憶させておいた形状に復元することができる。このような形状記憶合金を用い、例えば形状回復温度以上においては膨張した状態の膜電極複合体に合わせた形状となるように予め形状が記憶されており、それ以下の温度においては膨張率が少ない状態の膜電極複合体に合わせた形状である集電体とすることができる。このような集電体を用いた場合、隣接する膜電極複合体が熱等により膨張しても、集電体が形状回復温度以上に熱せられることにより、膜電極複合体の径変化に追従することができる。 The material for forming such a current collector is not particularly limited as long as it has a restoring force as described above, but a shape memory alloy is preferably used. The shape memory alloy can be restored to a previously memorized shape by setting the shape memory alloy to a temperature equal to or higher than its shape recovery temperature. Using such a shape memory alloy, for example, the shape is memorized in advance so as to match the expanded membrane electrode composite at the shape recovery temperature or higher, and the expansion coefficient is low at temperatures lower than that. It can be set as the electrical power collector which is the shape match | combined with the membrane electrode composite in a state. When such a current collector is used, even if the adjacent membrane electrode assembly expands due to heat or the like, the current collector is heated to a shape recovery temperature or more, thereby following the change in the diameter of the membrane electrode assembly. be able to.
上記形状記憶合金から形成された集電体は、燃料電池の反応熱により熱せられて形状回復温度に達するものでもよいし、集電体を形状回復温度以上に熱するための加熱機構が別途設けられていてもよい。反応熱によって集電体を熱する場合は、形状記憶合金の形状回復温度を燃料電池の運転温度の範囲に設定することにより、当該燃料電池の運転状況に応じて上記集電体の形状を変化させることができる。通常、燃料電池においては、燃料ガスおよび燃焼ガスが多く供給されているときはセル内での発電反応が活発に進行し、反応生成水や反応熱も多く放出される。そのため、多くの場合は別途加熱機構を設けなくとも、反応熱により集電体が加熱されて形状回復温度に達することで、膜電極複合体の熱膨張・収縮のみならず、生成水による膨潤・収縮や供給ガス圧による径変化にも追従して集電体の径を変化させることができる。 The current collector formed from the shape memory alloy may be heated by the reaction heat of the fuel cell to reach the shape recovery temperature, or a separate heating mechanism is provided for heating the current collector to the shape recovery temperature or higher. It may be done. When the current collector is heated by reaction heat, the shape recovery temperature of the shape memory alloy is set within the operating temperature range of the fuel cell, so that the shape of the current collector changes depending on the operating condition of the fuel cell. Can be made. Normally, in a fuel cell, when a large amount of fuel gas and combustion gas is supplied, a power generation reaction in the cell proceeds actively, and a large amount of reaction product water and reaction heat are also released. Therefore, in many cases, without providing a separate heating mechanism, the current collector is heated by the reaction heat to reach the shape recovery temperature, so that not only thermal expansion / contraction of the membrane electrode composite but also swelling / The diameter of the current collector can be changed following the diameter change caused by the contraction or supply gas pressure.
また、集電体を加熱するための加熱機構を別途設けることにより、熱以外の要因により膜電極複合体の径が変化する場合等においても、集電体の径を膜電極複合体の径変化に精度よく追従させることができる。上記加熱機構は、形状記憶合金の形状回復温度が燃料電池の運転温度範囲外である場合にも有用である。外側集電体および内側集電体の径を加熱機構を設けて制御する場合、それぞれ別個に制御しても、両方の径を同一の制御系統により制御してもよい。例えば１つのセンサーが検出した圧力等の情報により、外側集電体を加熱する加熱機構と、内側集電体を加熱する加熱機構とを作動させることができる。また、一つの加熱機構によって外側集電体および内側集電体の両方が加熱されてもよい。さらに外側集電体および／または内側集電体の径の制御は、セル毎に行ってもよいし、複数のセルによって構成されるモジュール毎に行ってもよい。 In addition, by providing a separate heating mechanism for heating the current collector, the diameter of the current collector can be changed even when the diameter of the membrane electrode composite changes due to factors other than heat. Can be accurately followed. The heating mechanism is also useful when the shape recovery temperature of the shape memory alloy is outside the operating temperature range of the fuel cell. When the diameters of the outer current collector and the inner current collector are controlled by providing a heating mechanism, they may be controlled separately or both diameters may be controlled by the same control system. For example, a heating mechanism that heats the outer current collector and a heating mechanism that heats the inner current collector can be operated based on information such as pressure detected by one sensor. Further, both the outer current collector and the inner current collector may be heated by one heating mechanism. Furthermore, the control of the diameter of the outer current collector and / or the inner current collector may be performed for each cell or may be performed for each module constituted by a plurality of cells.
このような形状記憶合金から形成される集電体に予め記憶される形状は、その径を増減させることができ、その径方向にガスを透過することができ、セルの軸方向に断絶されていない形状であれば特に限定されるものではない。例えば、コイル形状を有するものであってもよく、また、網目構造の物質から構成されたチューブ形状であってもよい。中でも、製造が容易であること等から、コイル形状を有する集電体が好ましい。また、上記コイル形状や網目構造を形成するための線材は特に限定されるものではないが、線材の断面が四角形などの多角形であることが好ましい。断面形状が円である場合よりも、多角形である場合の方が膜電極複合体と集電体との接触面積を広くすることができるからである。膜電極複合体と集電体とが広い面積において接触している方が集電効率を向上することができ、さらに、集電体から受ける応力が膜電極複合体の狭い範囲に集中することも防止することができる。 The shape memorized in advance in the current collector formed of such a shape memory alloy can increase or decrease its diameter, can pass gas in its radial direction, and is disconnected in the axial direction of the cell. There is no particular limitation as long as it has no shape. For example, it may have a coil shape, or may be a tube shape made of a mesh-structured material. Among these, a current collector having a coil shape is preferable because it is easy to manufacture. Moreover, although the wire material for forming the said coil shape and mesh structure is not specifically limited, It is preferable that the cross section of a wire material is polygons, such as a rectangle. This is because the contact area between the membrane electrode assembly and the current collector can be made wider when the cross-sectional shape is a polygon than when the cross-sectional shape is a circle. When the membrane electrode assembly and the current collector are in contact with each other over a large area, the current collection efficiency can be improved, and the stress received from the current collector is concentrated in a narrow area of the membrane electrode composite. Can be prevented.
本実施形態においては、上記形状を有するものの中でも、形状回復温度以上の温度における集電体と膜電極複合体との接触圧力が、供給ガスの下流側よりも上流側で高くなるように記憶されたものであることが好ましい。発電反応のためにセルに供給されるガス(燃料ガスおよび燃焼ガス)は、その流路の下流まで確実にガスを供給するために一定以上の圧力をもって供給源から流されるが、セルに供給されたガスは発電反応によって消費されるため、下流に行くにしたがってその流量(圧力)は減少する。そのため、セルの上流側においては供給ガスが高い圧力のまま到達し、その圧力により膜電極複合体が変形する場合があるが、供給ガスの圧力による変形の程度は下流に行くにしたがって減少する。このような上流側での過度な変形、又は上流側と下流側とでの変形の程度の差は、膜電極複合体の破損等の原因となる場合があり、それを抑制するためには、上述したような接触圧力が均一ではない集電体を用いることが有効である。 In the present embodiment, among those having the above shape, the contact pressure between the current collector and the membrane electrode assembly at a temperature equal to or higher than the shape recovery temperature is stored so as to be higher on the upstream side than on the downstream side of the supply gas. It is preferable that Gases (fuel gas and combustion gas) supplied to the cell for the power generation reaction are flowed from the supply source at a certain pressure or higher in order to reliably supply the gas downstream of the flow path, but are supplied to the cell. Since the gas is consumed by the power generation reaction, the flow rate (pressure) decreases as it goes downstream. For this reason, the supply gas reaches a high pressure upstream of the cell, and the membrane electrode assembly may be deformed by the pressure, but the degree of deformation due to the pressure of the supply gas decreases as it goes downstream. Such excessive deformation on the upstream side, or the difference in the degree of deformation between the upstream side and the downstream side may cause damage to the membrane electrode assembly, etc., in order to suppress it, It is effective to use a current collector whose contact pressure is not uniform as described above.
ここで、膜電極複合体との接触圧力が上流側で高くなるように記憶された形状記憶合金の形状の例としては以下のような場合を挙げることができる。例えば、チューブ型燃料電池セルの内側に供給されるガスの圧力によって膜電極複合体の径が増加するものである場合、供給ガス流の上流側の方が膜電極複合体の径の増加率は大きい。このようなセルには、形状回復温度以上の温度において図５に例示するような上流側の内径が下流側の内径よりも小さくなるような形状が記憶された外側集電体を用いることが好ましい。これにより、供給ガス圧によって膜電極複合体の上流側が大きく膨張しようとしても、内径が小さい外側集電体によって強固に保持されているため外側集電体の内径よりも膨張することはできず、膜電極複合体の上流側部分の過度の膨張を抑制することができる。一方、膜電極複合体の下流側部分においては、消費されて流量が減少した供給ガスの圧力によってわずかにその外径が増加し、上流側よりも大きな内径を有する外側集電体の下流側部分と密着する。 Here, examples of the shape of the shape memory alloy stored so that the contact pressure with the membrane electrode assembly is increased on the upstream side can include the following cases. For example, when the diameter of the membrane electrode assembly is increased by the pressure of the gas supplied to the inside of the tubular fuel cell, the rate of increase in the diameter of the membrane electrode assembly is higher on the upstream side of the supply gas flow. large. For such a cell, it is preferable to use an outer current collector that stores a shape such that the inner diameter on the upstream side becomes smaller than the inner diameter on the downstream side as illustrated in FIG. 5 at a temperature equal to or higher than the shape recovery temperature. . Thereby, even if the upstream side of the membrane electrode assembly tends to expand greatly due to the supply gas pressure, it cannot be expanded beyond the inner diameter of the outer current collector because it is firmly held by the outer current collector having a smaller inner diameter. Excessive expansion of the upstream portion of the membrane electrode assembly can be suppressed. On the other hand, in the downstream portion of the membrane electrode assembly, the outer diameter slightly increases due to the pressure of the supply gas consumed and the flow rate is reduced, and the downstream portion of the outer current collector having a larger inner diameter than the upstream side. Close contact with.
また、セルの外側に供給されるガスの圧力によって膜電極複合体の径が収縮する場合も、膜電極複合体の径の変化率は上流側の方が大きい。このようなセルには、上述した図５に例示する形状とは逆に、上流側の外径が下流側の外径よりも大きくなるような形状が記憶された内側集電体を用いることが好ましい。これにより、供給ガス圧によって膜電極複合体の上流側が大きく収縮しようとしても、その内側には外径が大きい内側集電体が配置されているため、膜電極複合体は内側集電体の外径よりも収縮することはできず、膜電極複合体の上流側部分の過度の収縮を抑制することができる。このように、上流側と下流側とで径が異なる形状に記憶された集電体を用いることにより、膜電極複合体と集電体との接触圧力を上流側で高くすることができる。 Even when the diameter of the membrane electrode assembly contracts due to the pressure of the gas supplied to the outside of the cell, the rate of change of the diameter of the membrane electrode assembly is larger on the upstream side. For such a cell, an inner current collector in which a shape in which the outer diameter on the upstream side is larger than the outer diameter on the downstream side is stored, contrary to the shape illustrated in FIG. 5 described above. preferable. As a result, even if the upstream side of the membrane electrode assembly tends to contract greatly due to the supply gas pressure, the inner current collector having a large outer diameter is disposed on the inner side, so that the membrane electrode assembly is outside the inner current collector. It cannot shrink more than the diameter, and excessive shrinkage of the upstream portion of the membrane electrode assembly can be suppressed. Thus, the contact pressure between the membrane electrode assembly and the current collector can be increased on the upstream side by using the current collectors stored in shapes having different diameters on the upstream side and the downstream side.
さらに、膜電極複合体との接触圧力が上流側で高くなるように、下流側よりも上流側が集電体材料の密度が高くなるような形状が記憶された集電体を用いてもよい。ここで、集電体材料の密度が高いとは、例えばコイル形状の集電体の場合、コイルのピッチが狭い、すなわち空孔率が低く、集電体を形成する材料が密に配置されている状態を意味するものとする。例えばコイル形状の集電体の場合、図６に例示するように、上流側でコイルのピッチが狭く、下流側でピッチが広いコイル形状を形状記憶合金に記憶させることができる。このようにピッチを変化させた場合でも、集電体の上流側と下流側とでは、一定の長さの線材が膜電極複合体に付与する応力の程度は一定である。しかしながらコイルのピッチを狭くすることにより、上流側では線材が多く配置されることとなるため、膜電極複合体の単位表面積が集電体から受ける応力は大きくなる。これにより、膜電極複合体と集電体との接触圧力を、下流側よりも上流側で高くすることができる。このような集電体は内側集電体としても外側集電体としても用いることができる。チューブ型燃料電池セルの内側に供給されるガスの供給圧力が高い場合は外側集電体に、外側に供給されるガスの供給圧力が高い場合には内側集電体に、集電体材料の密度が均一ではないものが用いられることが好ましい。 Further, a current collector in which a shape in which the density of the current collector material is higher on the upstream side than on the downstream side may be used so that the contact pressure with the membrane electrode assembly is higher on the upstream side. Here, the density of the current collector material is high. For example, in the case of a coil-shaped current collector, the pitch of the coil is narrow, that is, the porosity is low, and the material forming the current collector is densely arranged. It means to be in a state. For example, in the case of a coil-shaped current collector, as illustrated in FIG. 6, a coil shape having a narrow coil pitch on the upstream side and a wide pitch on the downstream side can be stored in the shape memory alloy. Even when the pitch is changed in this way, the degree of stress applied to the membrane electrode assembly by the wire having a certain length is constant on the upstream side and the downstream side of the current collector. However, by narrowing the coil pitch, more wires are arranged on the upstream side, so that the unit surface area of the membrane electrode assembly receives a greater stress from the current collector. Thereby, the contact pressure between the membrane electrode assembly and the current collector can be made higher on the upstream side than on the downstream side. Such a current collector can be used as an inner current collector or an outer current collector. When the supply pressure of the gas supplied to the inside of the tubular fuel cell is high, the outer current collector is used.When the supply pressure of the gas supplied to the outside is high, the inner current collector is used. It is preferable to use a non-uniform density.
本実施形態においては、膜電極複合体が燃料ガスの圧力によって変形される場合も、燃焼ガスの圧力によって変形される場合も同様に、上述した接触圧力が均一ではない集電体を用いることができる。燃料電池に供給されるガスの供給圧力は、供給されるガスの量や流路の形状等により異なるものであるが、燃焼ガスよりも燃料ガスの方が高い圧力で供給されることが多い。この場合の集電体の径またはピッチは、燃料ガスと燃焼ガスとの圧力差を考慮しつつ、燃料ガスの圧力による触媒電極層の径変化を上流側と下流側とで均一化できるように調整されることが好ましい。 In the present embodiment, when the membrane electrode assembly is deformed by the pressure of the fuel gas and when it is deformed by the pressure of the combustion gas, the above-described current collector with non-uniform contact pressure is used. it can. The supply pressure of the gas supplied to the fuel cell varies depending on the amount of gas supplied, the shape of the flow path, etc., but the fuel gas is often supplied at a higher pressure than the combustion gas. The diameter or pitch of the current collector in this case is such that the change in the diameter of the catalyst electrode layer due to the pressure of the fuel gas can be made uniform between the upstream side and the downstream side while taking into account the pressure difference between the fuel gas and the combustion gas. It is preferable to adjust.
（３）その他
本態様の膜電極複合体に用いられる多孔質層、固体電解質膜、触媒電極層等については、上記「第１態様」と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(3) Others The porous layer, solid electrolyte membrane, catalyst electrode layer, and the like used in the membrane electrode assembly of this embodiment are the same as those in the “first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
Ｂ．チューブ型燃料電池モジュール
最後に、本発明のチューブ型燃料電池モジュール(以下、モジュールとする場合がある。)について説明する。本発明のチューブ型燃料電池モジュールは、上述したようなチューブ型燃料電池セルを用いたことを特徴とするものである。
以下、このような本発明のモジュールについて、図面を用いて説明する。
B. Tube Type Fuel Cell Module Finally, the tube type fuel cell module of the present invention (hereinafter sometimes referred to as a module) will be described. The tube-type fuel cell module of the present invention is characterized by using the tube-type fuel cell as described above.
Hereinafter, such a module of the present invention will be described with reference to the drawings.
図７は、本発明のチューブ型燃料電池モジュールの一例を示す、チューブ形状の軸に垂直な面における概略断面図である。図７に例示するようにモジュール１００に収容される複数のセル１０、は、並列かつ一列に平面配置され、当該セル１０が、一対のケース部材７１によって狭持されている。上記セル１０の中空空間はガス流路(第１ガス流路７２)として用いられ、燃料ガスまたは燃焼ガスが供給される。また、上記ケース部材７１の内壁と、セル１０の外壁との間の空間もガス流路(第２ガス流路７３)として用いられ、上記第１ガス流路７２とは異なるガスが供給される。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in a plane perpendicular to the tube-shaped axis, showing an example of the tube-type fuel cell module of the present invention. As illustrated in FIG. 7, the plurality of
上述したようなモジュールは、複数個連結して燃料電池として用いることができる。図８は、複数個が連結されたモジュール１００から構成されたチューブ型燃料電池１１０の例を示す、図７のＸ−Ｘ´断面における概略断面図である。チューブ型燃料電池セル１０の中空空間である第１ガス流路７２に供給されるガスは、図８に例示するように、ガス供給マニホールド７４を介して各モジュール１００の上流側ガスチャンバー１３へ流入し、当該モジュール１００内の全てのセル１０の第１ガス流路７２へ供給される。セル１０内において発電反応に消費されなかったガスは下流側ガスチャンバー１６へ流入し、ガス排出マニホールド７５を介して回収または排出される。
A plurality of modules as described above can be connected and used as a fuel cell. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG. 7, showing an example of a tube-
上述したようなチューブ型燃料電池において、上記図１に例示したような径変化追従機能を設ける場合、上記上流側ガスチャンバー１３に可動板１４等を設けることができる。この際、１つのモジュール１００内に配置された全てのセルへは、当該モジュール１００の上流側ガスチャンバー１３からガスが供給されるため、上流側ガスチャンバー１３に可動板１４等を設け、各セルの集電体の端部と、当該可動板１４とを連結する駆動部１２を設けることにより、そのモジュール１００内の全てのセル１０の集電体の径を変化させることができ、集電体の径をモジュール１００単位で制御することができる。
In the tube type fuel cell as described above, when the diameter change following function as illustrated in FIG. 1 is provided, the
また、ガスは上流側のモジュールから順次供給されていくため、通常上流側のモジュールには高い圧力のままガスが供給され、下流側のモジュールには上流側よりも低い圧力のガスが供給される。本発明においては、集電体の径をモジュール単位で制御することができるため、供給ガスの圧力等に応じ、モジュールごとに集電体の径を最適なものとすることができる。なお、上記図７および図８においては、上記セルが一列に配置されたモジュール、および上記モジュールが一列に配置されたチューブ型燃料電池の例を示したが、本発明においてはセルおよびモジュールの配置は上記に限定されるものではなく、モジュールが複数列に配置されたセルから構成されてもよく、チューブ型燃料電池が複数列に配置されたモジュールから構成されてもよい。 In addition, since the gas is sequentially supplied from the upstream module, the gas is normally supplied to the upstream module at a high pressure, and the gas at a lower pressure than the upstream side is supplied to the downstream module. . In the present invention, since the diameter of the current collector can be controlled in units of modules, the current collector diameter can be optimized for each module in accordance with the pressure of the supply gas and the like. 7 and 8 show an example of a module in which the cells are arranged in a row and a tubular fuel cell in which the modules are arranged in a row. However, in the present invention, the arrangement of cells and modules is shown. Is not limited to the above, and the module may be composed of cells arranged in a plurality of rows, or the tube fuel cell may be composed of modules arranged in a plurality of rows.
このような本発明のチューブ型燃料電池モジュールは、上述したような径変化追従機能を有する集電体を外側集電体および／または内側集電体として用いているチューブ型燃料電池セルを有するものであり、上記セルは集電体と膜電極複合体との密着性が良好であることから、集電効率が良好である。したがって、このようなセルを複数配置してなる本発明のチューブ型燃料電池モジュールは、極めて良好な発電効率を有するものとなる。 Such a tube-type fuel cell module of the present invention has a tube-type fuel cell using a current collector having a diameter change tracking function as described above as an outer current collector and / or an inner current collector. The cell has good current collection efficiency because of good adhesion between the current collector and the membrane electrode assembly. Therefore, the tube type fuel cell module of the present invention in which a plurality of such cells are arranged has extremely good power generation efficiency.
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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
１ … 固体電解質膜
２ … 外側触媒電極層
３ … 内側触媒電極層
４ … 膜電極複合体
５ … 外側集電体
６ … 内側集電体
１０ … チューブ型燃料電池セル
１００ … チューブ型燃料電池モジュール
１１０ … チューブ型燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (10)
前記外側集電体および内側集電体の少なくとも一方が、前記膜電極複合体の径の変化に追従する径変化追従機能を有する集電体であることを特徴とするチューブ型燃料電池セル。 A membrane electrode assembly having a tube-shaped solid electrolyte membrane, an outer catalyst electrode layer formed on an outer peripheral surface of the solid electrolyte membrane, and an inner catalyst electrode layer formed on an inner peripheral surface of the solid electrolyte membrane, A tubular fuel cell having an outer current collector disposed on the outer peripheral surface of the membrane electrode assembly, and an inner current collector disposed on the inner peripheral surface of the membrane electrode composite,
At least one of the outer current collector and the inner current collector is a current collector having a diameter change tracking function for following a change in the diameter of the membrane electrode assembly.
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