JP2010192404A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体における断線の防止及び耐食性の確保を可能とする燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】アノード１３とカソード１６との間に電解質膜１７を挟持した構成の膜電極接合体２と、アノードに接触する電極体ＤＡを有するアノード集電部１８Ａと、カソードに接触する電極体ＤＣを有するカソード集電部１８Ｃと、アノード集電部とカソード集電部とを接続する導電体Ｊを有する接続部１８Ｊと、接続部の少なくとも導電体を被覆する絶縁性の保護膜４０と、を有する集電体１８と、を備えたことを特徴とする燃料電池１。
【選択図】 図４

Description

この発明は、液体燃料を用いた燃料電池の技術に関する。

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気（特に酸素）を供給するだけで発電することができ、燃料を補給することにより連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池は、小型化により携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムとなりえる。

特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。

このような燃料電池では、単セルから得られる電圧が比較的低電圧であるため、複数の単セルを直列に接続して昇圧して使用する場合が多い。単セルを電気的に接続するための集電体として、例えば特許文献１には、基板の片面に複数の導体層を備え、折り畳んで空気極及び燃料極を挟持する集電体が提案されている。また、例えば特許文献２には、一枚の絶縁性フィルム上にカソード導電層及びアノード導電層を一体化した状態で二つ折りにして、この間に膜電極接合体を収容する集電体も提案されている。

このような集電体が折り曲げられた際、この折り曲げ部分を通る導電層に断線が生ずるおそれがある。

また、ＤＭＦＣにおいては、メタノールや蟻酸に対する耐食性が要求される。
特開２００４−２０００６４号公報 国際公開第２００６／０５７２８３号パンフレット

この発明の目的は、集電体における断線の防止及び耐食性の確保を可能とする燃料電池を提供することにある。

この発明の一態様によれば、
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構成の膜電極接合体と、
前記アノードに接触する電極体を有するアノード集電部と、前記カソードに接触する電極体を有するカソード集電部と、前記アノード集電部と前記カソード集電部とを接続する導電体を有する接続部と、前記接続部の少なくとも導電体を被覆する絶縁性の保護膜と、を有する集電体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。

また、この発明の一態様によれば、
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構成の膜電極接合体と、
前記アノードに接触する電極体を有するアノード集電部と、前記カソードに接触する電極体を有するカソード集電部と、前記アノード集電部に接続された導電体を含むアノード端子と、前記カソード集電部に接続された導電体を含むカソード端子と、前記アノード端子及び前記カソード端子の少なくとも一方の導電体を被覆する絶縁性の保護膜と、を有する集電体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。

この発明によれば、集電体における断線の防止及び耐食性の確保を可能とする燃料電池を提供できる。

以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。

図１に示すように、燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２を備えて構成されている。

すなわち、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とを備えて構成されている。

膜電極接合体２は、電解質膜１７のアノード側に配置されたアノードシール材１９Ａ及び電解質膜１７のカソード側に配置されたカソードシール材１９Ｃによってシールされており、これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。アノードシール材１９Ａは、アノード１３を囲む枠状に形成されている。カソードシール材１９Ｃは、カソード１６を囲む枠状に形成されている。これらのアノードシール材１９Ａ及びカソードシール材１９Ｃは、ゴム製のＯリング等によって構成されている。

膜電極接合体２のカソード１６側には、絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。

上述した膜電極接合体２は、二つ折りにされた集電体１８によって挟持されている。この集電体１８は、アノード１３に接触する電極体ＤＡを有するアノード集電部１８Ａ及びカソード１６に接触する電極体ＤＣを有するカソード集電部１８Ｃを有している。アノード集電部１８Ａの電極体ＤＡは、各単セルＣにおいてアノードガス拡散層１２に積層されている。また、カソード集電部１８Ｃの電極体ＤＣは、各単セルＣにおいてカソードガス拡散層１５に積層されている。

上述した膜電極接合体２は、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構３とカバープレート２１との間に挟持されている。

燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特定の構成に限定されるものではない。以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。

燃料供給機構３は、例えば、箱状に形成された容器３０を備えている。この燃料供給機構３は、液体燃料を収容する燃料収容部４と流路５を介して接続されている。容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。

燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。すなわち、燃料供給部３１は、燃料導入口３０Ａに連通した１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有しており、細管３４のような燃料通路を介して燃料注入口３２と燃料排出口３３とを接続した構成である。膜電極接合体２は、そのアノード１３が上述したような燃料供給部３１の燃料排出口３３に対向するように配置されている。

カバープレート２１は、外観が略矩形状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、このカバープレート２１は、主として酸化剤である空気（特に酸素）を取入れるための複数の開口部（酸素導入孔）２１Ａを有している。すなわち、開口部２１Ａは、カバープレート２１の外面からカソード１６と対向する面まで貫通した貫通孔である。

このようなカバープレート２１は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体２を保持した状態で容器３０に対してカシメ、ネジ止め、リベット継手などの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。

燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容される。

さらに、流路５には、ポンプ６が介在していても良い。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。

この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。

上述したように、燃料供給部３１から放出された燃料は、膜電極接合体２のアノード１３に供給される。膜電極接合体２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ^-）は、集電体１８を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体１８を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ^-）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。

６ｅ^-＋６Ｈ⁺＋（３／２）Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。

この実施の形態においては、図２及び図３に示すように、膜電極接合体２は、単一の電解質膜１７における一方の面１７Ａの上に間隔をおいて配置された複数のアノード１３と、電解質膜１７における他方の面１７Ｂの上においてアノード１３のそれぞれと間隔をおいて配置された複数のカソード１６とを有している。

これらのアノード１３とカソード１６との各組み合わせは、それぞれ電解質膜１７を挟持し、単セルＣを構成している。ここでは、単セルＣのそれぞれは、同一平面上において、その長手方向と直交する方向に間隔をおいて並んで配置されている。なお、膜電極接合体２の構造は、この例に限らず他の構造であっても良い。

ここに示した例では、膜電極接合体２は、単一の電解質膜１７の一方の面１７Ａ上に配置された４個のアノード１３１〜１３４と、電解質膜１７の他方の面１７Ｂに配置された４個のカソード１６１〜１６４と、を有している。アノード１３１とカソード１６１とがそれぞれ対向するように配置されており、１組の単セルＣを構成している。同様に、アノード１３２とカソード１６２とがそれぞれ対向するように配置され、アノード１３３とカソード１６３とがそれぞれ対向するように配置され、アノード１３４とカソード１６４とがそれぞれ対向するように配置されており、４組の単セルＣが同一平面上に配列されている。

図２及び図３に示したような複数の単セルＣを有する膜電極接合体２においては、各単セルＣは、集電体１８によって電気的に直列に接続されている。

図４に示すように、集電体１８は、アノード集電部１８Ａ、カソード集電部１８Ｃ、アノード集電部１８Ａとカソード集電部１８Ｃとを接続する接続部１８Ｊなどを有している。アノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃの面積は、ほぼ同等である。接続部１８Ｊは、これらのアノード集電部１８Ａとカソード集電部１８Ｃとの間に位置している。このような集電体１８は、接続部１８Ｊにおける図中の位置（折り曲げ線）Ｂに沿って２つに折り曲げられ、膜電極接合体２を挟持する。

集電体１８を構成する絶縁性のベースフィルムＢＦは、膜電極接合体２の外形寸法の概ね２倍の面積を有しており、膜電極接合体２における単セルＣの並び方向とは直交する方向に延出している。ベースフィルムＢＦは、電気的に絶縁性を有することはもちろんのこと、使用する燃料（例えばメタノール）や、発電反応によって生成される副生成物（例えば蟻酸）に対する耐腐食性を有する材料によって形成されていることが望ましい。例えば、ベースフィルムＢＦは、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド・イミド（ＰＡＩ）などの樹脂フィルムによって形成されている。

アノード集電部１８Ａの電極体ＤＡは、ベースフィルムＢＦの上にアノード１３のそれぞれに対応して設けられ、膜電極接合体２に含まれるアノード１３と同数個備えられている。また、カソード集電部１８Ｃの電極体ＤＣは、ベースフィルムＢＦの上にカソード１６のそれぞれに対応して設けられ、膜電極接合体２に含まれるカソード１６と同数個備えられている。これらの電極体ＤＡ及びＤＣは、ベースフィルムＢＦの同一面上に形成されている。

図４に示した例では、アノード集電部１８Ａは、４個の電極体ＤＡ１〜ＤＡ４を有している。また、カソード集電部１８Ｃは、４個の電極体ＤＣ１〜ＤＣ４を有している。

アノード集電部１８Ａにおいて、電極体ＤＡ１はアノード１３１に対応して配置され、同様に、電極体ＤＡ２はアノード１３２に対応して配置され、電極体ＤＡ３はアノード１３３に対応して配置され、電極体ＤＡ４はアノード１３４に対応して配置される。カソード集電部１８Ｃにおいて、電極体ＤＣ１はカソード１６１に対応して配置され、同様に、電極体ＤＣ２はカソード１６２に対応して配置され、電極体ＤＣ３はカソード１６３に対応して配置され、電極体ＤＣ４はカソード１６４に対応して配置される。

このようなアノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃは、ベースフィルムＢＦを貫通する複数の貫通孔Ｈを有している。アノード集電部１８Ａでは、貫通孔Ｈを介して燃料供給機構３から供給された燃料をアノード触媒層１１に供給することが可能となる。また、カソード集電部１８Ｃでは、貫通孔Ｈを介してカソード触媒層１４に酸素や水蒸気を供給するが可能となるとともに外部に二酸化炭素や過剰な水蒸気などの気体を排出することが可能となる。

集電体１８は、アノード集電部１８Ａに接続されたアノード端子１８ＴＡ及びカソード集電部１８Ｃに接続されたカソード端子１８ＴＣを備えている。これらのアノード端子１８ＴＡ及びカソード端子１８ＴＣは、それぞれ集電した電子を外部に取り出す出力端子として機能する。

アノード端子１８ＴＡは、電極体ＤＡ１に接続された導電体ＴＡを有している。ここでは、導電体ＴＡは、電極体ＤＡ１と同一材料によって一体的に形成されている。カソード端子１８ＴＣは、電極体ＤＣ４に接続された導電体ＴＣを有している。電極体ＤＣ４は、電極体ＤＡ１から最も離れた位置に配置されている。ここでは、導電体ＴＣは、電極体ＤＣ４と同一材料によって一体的に形成されている。

アノード端子１８ＴＡ及びカソード端子１８ＴＣに接続されていないアノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃの電極体同士は、それぞれ接続部１８Ｊの導電体Ｊによって電気的に接続されている。図４に示した例では、電極体ＤＡ２と電極体ＤＣ１とが導電体Ｊ１によって接続され、同様に、電極体ＤＡ３と電極体ＤＣ２とが導電体Ｊ２によって接続され、電極体ＤＡ４と電極体ＤＣ３とが導電体Ｊ３によって接続されている。なお、当然のことながら、導電体Ｊも、電極体ＤＡ及びＤＣとともに、ベースフィルムＢＦの同一面上に形成されている。つまり、各導電体Ｊは、それぞれ接続された電極体ＤＡ及び電極体ＤＣと同一材料によって一体的に形成されている。

これらの電極体ＤＡ、電極体ＤＣ、導電体Ｊ、導電体ＴＡ及び導電体ＴＣは、例えば、銅、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、薄膜などの導電性を有する金属材料によって形成されている。

このような集電体１８は、接続部１８Ｊの少なくとも導電体Ｊを被覆する絶縁性の保護膜４０を備えている。図４に示した例では、保護膜４０は、接続部１８Ｊにおいて、各導電体Ｊ１〜Ｊ３とともにベースフィルムＢＦを覆うように配置されている。このような接続部１８Ｊは、上述したように、集電体１８によって膜電極接合体２を挟持する際に、２つに折り曲げられる。

このとき、図４の中にＢで示した折り曲げ線と交差する各導電体Ｊに大きな負荷がかかるが、保護膜４０によって被覆されたことにより、各導電体Ｊの断線を防止することが可能となる。また、保護膜４０によって各導電体Ｊの露出が防止されるため、使用する燃料（例えばメタノール）や、発電反応によって生成される副生成物（例えば蟻酸）に対する耐腐食性を確保することが可能となる。

また、集電体１８は、アノード端子１８ＴＡ及びカソード端子１８ＴＣの少なくとも一方の導電体ＴＡ及びＴＣを被覆する絶縁性の保護膜４０を備えている。

図４に示した例では、保護膜４０は、アノード端子１８ＴＡにおいて、アノードシール材１９Ａと交差する導電体ＴＡとともにベースフィルムＢＦを覆うように配置されている。このようなアノード端子１８ＴＡは、集電体１８によって膜電極接合体２を挟持した状態で燃料供給機構３とカバープレート２１との間に保持した際にアノードシール材１９Ａによって局所的に加圧される。

また、保護膜４０は、カソード端子１８ＴＣにおいて、カソードシール材１９Ｃと交差する導電体ＴＣとともにベースフィルムＢＦを覆うように配置されている。このようなカソード端子１８ＴＣは、集電体１８によって膜電極接合体２を挟持した状態で燃料供給機構３とカバープレート２１との間に保持した際にカソードシール材１９Ｃによって局所的に加圧される。

このとき、各導電体ＴＡ及びＴＣに大きな負荷がかかるが、保護膜４０によって被覆されたことにより、各導電体ＴＡ及びＴＣの断線を防止することが可能となる。また、保護膜４０によって各導電体ＴＡ及びＴＣの露出が防止されるため、使用する燃料（例えばメタノール）や、発電反応によって生成される副生成物（例えば蟻酸）に対する耐腐食性を確保することが可能となる。

なお、接続部１８Ｊにおける導電体Ｊについても、各電極体ＤＡと折り曲げ線Ｂとの間の各導電体Ｊは、アノードシール材１９Ａと交差し、局所的に加圧されるが、保護膜４０によって被覆されているため、保護される。同様に、各電極体ＤＣと折り曲げ線Ｂとの間の各導電体Ｊは、カソードシール材１９Ｃと交差し、局所的に加圧されるが、保護膜４０によって被覆されているため、保護される。

アノード端子１８ＴＡにおいて、アノードシール材１９Ａと交差する位置よりも外方に延在した先端部は、導電体ＴＡが保護膜４０から露出している。同様に、カソード端子１８ＴＣにおいて、カソードシール材１９Ｃと交差する位置よりも外方に延在した先端部は、導電体ＴＡが保護膜４０から露出している。これにより、アノード端子１８ＴＡ及びカソード端子１８ＴＣと、外部との電気的な接続が可能となる。

上述した保護膜４０は、電気的に絶縁性を有することはもちろんのこと、使用する燃料（例えばメタノール）や、発電反応によって生成される副生成物（例えば蟻酸）に対する耐腐食性を有する材料によって形成されていることが望ましい。例えば、保護膜４０は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド・イミド（ＰＡＩ）などの樹脂フィルムによって形成されている。

図５には、接続部１８Ｊの構成例を示している。

すなわち、導電体Ｊは、ベースフィルムＢＦの上に配置された第１導電層５１と、第１導電層５１を被覆する保護膜４０の端部と重なる第２導電層５２と、を有している。ここでは、第２導電層５２は、保護膜４０の周縁の上に積層されている。アノード集電部１８Ａの電極体ＤＡ及びカソード集電部１８Ｃの電極体ＤＣは、それぞれ導電体Ｊから延在した第１導電層５１と、この第１導電層５１を被覆するとともに導電体Ｊから延在した第２導電層５２と、を有している。

第１導電層５１は、例えば銅箔によって形成されている。第２導電層５２は、カーボン樹脂などの燃料に対する耐腐食性の導電性を有する樹脂によって形成されている。さらに第２導電層５２は、発電反応によって生成される副生成物（例えば蟻酸）に対する耐腐食性も有していることが望ましい。このように、保護膜４０の端部からの第１導電層５１の露出を防止することができ、第１導電層５１の耐腐食性をさらに向上することができる。

図６には、接続部１８Ｊの他の構成例を示している。なお、図５に示した例と同一構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図６に示した例では、第１導電層５１を被覆する保護膜４０の端部と重なる第２導電層５２を有しているが、保護膜４０が第２導電層５２の端部の上に積層されている点で相違する。このような例においても、保護膜４０の端部からの第１導電層５１の露出を防止することができ、第１導電層５１の耐腐食性をさらに向上することができる。

図７には、接続部１８Ｊのさらに他の構成例を示している。

すなわち、導電体Ｊは、ベースフィルムＢＦの上に配置された第１導電層５１と、第１導電層５１を被覆する第２導電層５２と、第２導電層５２を被覆する保護膜４０の端部と重なる第３導電層５３と、を有している。ここでは、第３導電層５３は、保護膜４０の周縁の上に積層されている。アノード集電部１８Ａの電極体ＤＡ及びカソード集電部１８Ｃの電極体ＤＣは、それぞれ導電体Ｊから延在した第１導電層５１と、この第１導電層５１を被覆するとともに導電体Ｊから延在した第２導電層５２と、この第２導電層５２の上に積層されるとともに導電体Ｊから延在した第３導電層５３と、を有している。

第２導電層５２及び第３導電層５３は、カーボン樹脂などの燃料に対する耐腐食性の導電性を有する樹脂によって形成されている。なお、第２導電層５２と第３導電層５３とが異なる材料によって形成されても良い。さらに第２導電層５２及び第３導電層５３は、発電反応によって生成される副生成物（例えば蟻酸）に対する耐腐食性も有していることが望ましい。このような例においても、保護膜４０の端部からの第１導電層５１の露出を防止することができ、第１導電層５１の耐腐食性をさらに向上することができる。

図８には、接続部１８Ｊの他の構成例を示している。なお、図７に示した例と同一構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図８に示した例では、第２導電層５２を被覆する保護膜４０の端部と重なる第３導電層５３を有しているが、保護膜４０が第３導電層５３の端部の上に積層されている点で相違するこのような例においても、保護膜４０の端部からの第１導電層５１の露出を防止することができ、第１導電層５１の耐腐食性をさらに向上することができる。

図５乃至図８に示した例では、接続部１８Ｊの構成例として説明したが、アノード端子１８ＴＡまたはカソード端子１８ＴＣの構成例としても適用可能である。

《実施例》
実施例１として、図５に示したように、接続部１８Ｊの導電体Ｊは実質的に第１導電層５１のみとし、第１導電層５１の上に保護膜４０を配置し、さらに、保護膜４０の周縁に第２導電層５２を配置した。

実施例２として、図７に示したように、接続部１８Ｊの導電体Ｊは実質的に第１導電層５１及び第２導電層５２を積層した２層構造とし、第２導電層５２の上に保護膜４０を配置し、さらに、保護膜４０の周縁に第３導電層５３を配置した。

比較例として、接続部１８Ｊの導電体Ｊは、第１導電層５１及び第２導電層５２を積層した２層構造とし、保護膜は配置しなかった。

第１導電層５１は銅箔によって形成し、第２導電層５２及び第３導電層５３はカーボン樹脂によって形成した。保護膜４０は、ポリイミド（ＰＩ）によって形成した。

これらの３種類の集電体１８について、まず、折り曲げ試験を行った。

この折り曲げ試験は、冶具として、スリットを形成したガラスエポキシ基板を用意する。図９に示すように、スリットＳＬに集電体１８を通し、ガラスエポキシ基板ＳＵＢを挟むように接続部１８Ｊで２つ折りにし、これらを一対のガラス基板ＳＵＢ１及びＳＵＢ２で挟持し、一方のガラス基板ＳＵＢ２の上を図中の矢印の方向に１ｋｇの重りを転がした。

この試験は、ガラスエポキシ基板ＳＵＢの板厚を変えて行った。用意したガラスエポキシ基板ＳＵＢとしては、板厚が２．０ｍｍのもの（折り曲げられた接続部１８Ｊの曲率半径は１．０ｍｍに相当）、板厚が１．２ｍｍのもの（折り曲げられた接続部１８Ｊの曲率半径は０．６ｍｍに相当）、板厚が０．４ｍｍのもの（折り曲げられた接続部１８Ｊの曲率半径は０．２ｍｍに相当）をそれぞれ用意し、試験を行うとともに、ガラスエポキシ基板を介さない場合（折り曲げられた接続部１８Ｊの曲率半径は０ｍｍに相当）の試験も行った。

試験結果は、図１０に示す通りである。実施例１及び実施例２においては、いずれの条件であっても導電体Ｊにクラックは発生しなかった。これに対して、比較例においては、接続部１８Ｊの曲率半径が１ｍｍ未満の場合には、１回の試験で導電体Ｊにクラックが発生した。これにより、実施例１及び実施例２によれば、折り曲げ線に沿った断線の発生を防止できることが確認された。

次に、上述した３種類（実施例１、実施例２、比較例）の集電体１８について、まず、耐酸性試験を行った。

この耐酸性試験では、２０００ｐｐｍの蟻酸と、１．５ｍｏｌ／ｌのメタノールとの混合溶液を用意し、３種類の集電体の全体を浸漬し、６０℃の恒温槽に静置した。２週間（３３６時間）の浸漬後に取り出し、銅の溶出量を誘電結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）によって分析した。

比較例及び実施例１では、銅の溶出量はともに５ｐｐｍ以下であった。実施例２では、銅の溶出量は０．１ｐｐｍ以下であった。これにより、銅の溶出量は、いずれの例においても極めて少量であることが確認された。特に、実施例２によれば、実施例１よりもさらに銅の溶出量を低減でき、より高い耐腐食性を得られることが確認された。

以上説明したように、この実施の形態によれば、集電体における断線の防止及び耐食性の確保を可能とする燃料電池を提供できる。

上述した実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。

さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。

なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。

図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す断面図である。 図２は、図１に示した膜電極接合体の平面図である。 図３は、図２に示した膜電極接合体をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した一部の断面構造を概略的に示す斜視図である。 図４は、本実施形態に適用可能な集電体の構造を概略的に示す平面図である。 図５は、図４に示した集電体の構成例を示す断面図である。 図６は、図４に示した集電体の他の構成例を示す断面図である。 図７は、図４に示した集電体の他の構成例を示す断面図である。 図８は、図４に示した集電体の他の構成例を示す断面図である。 図９は、折り曲げ試験の手法を説明するための図である。 図１０は、折り曲げ試験の試験結果を示す図である。

１…燃料電池 ２…膜電極接合体 ３…燃料供給機構
１３…アノード １６…カソード １７…電解質膜
１８…集電体 ＢＦ…ベースフィルム
１８Ａ…アノード集電部 ＤＡ…電極体
１８Ｃ…カソード集電部 ＤＣ…電極体
１８Ｊ…接続部 Ｊ…導電体
１８ＴＡ…アノード端子 ＴＡ…導電体
１８ＴＣ…カソード端子 ＴＣ…導電体
１９Ａ…アノードシール材 １９Ｃ…カソードシール材
２０…板状体 ２１…カバープレート
４０…保護膜
５１…第１導電層 ５２…第２導電層 ５３…第３導電層

Claims (10)

1. アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構成の膜電極接合体と、
   前記アノードに接触する電極体を有するアノード集電部と、前記カソードに接触する電極体を有するカソード集電部と、前記アノード集電部と前記カソード集電部とを接続する導電体を有する接続部と、前記接続部の少なくとも導電体を被覆する絶縁性の保護膜と、を有する集電体と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池。
2. アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構成の膜電極接合体と、
   前記アノードに接触する電極体を有するアノード集電部と、前記カソードに接触する電極体を有するカソード集電部と、前記アノード集電部に接続された導電体を含むアノード端子と、前記カソード集電部に接続された導電体を含むカソード端子と、前記アノード端子及び前記カソード端子の少なくとも一方の導電体を被覆する絶縁性の保護膜と、を有する集電体と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池。
3. さらに、前記アノード及び前記アノード集電部を囲むとともに前記アノード端子と交差する枠状のアノードシール材を備え、
   前記アノード端子における前記アノードシール材と交差する位置よりも外方に延在した先端部は、前記導電体が前記保護膜から露出していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. さらに、前記カソード及び前記カソード集電部を囲むとともに前記カソード端子と交差する枠状のカソードシール材を備え、
   前記カソード端子における前記カソードシール材と交差する位置よりも外方に延在した先端部は、前記導電体が前記保護膜から露出していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
5. 前記導電体は、第１導電層と、前記第１導電層を被覆する前記保護膜の端部と重なる第２導電層と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
6. 前記第２導電層は、導電性樹脂によって形成されたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
7. 前記導電体は、第１導電層と、前記第１導電層を被覆する第２導電層と、前記第２導電層を被覆する前記保護膜の端部と重なる第３導電層と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
8. 前記第２導電層及び前記第３導電層は、燃料に対する耐腐食性の導電性樹脂によって形成されたことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
9. 前記アノード集電部及び前記カソード集電部のそれぞれの前記電極体は、第１導電層と、前記第１導電層を被覆する第２導電層と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
10. 前記アノード集電部及び前記カソード集電部のそれぞれの前記電極体は、さらに、前記第２導電層に積層された第３導電層を有することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。

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