JP2013058500A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、隣接するセルを電気的に接続する電気接続手段と、絶縁体と、を備え、電気接続手段の周囲に電解質膜及び/又は絶縁体が存在し、電気接続手段がアノードおよびカソードの周囲の全体または一部に接することにより、電気接続手段と各セルのアノードおよびカソードとの電気的な接続が得られ、電気接続手段が屈曲し、電気接続手段および電気接続手段の周囲の電解質膜及び/又は絶縁体がアノード面又はカソード面に突出していることを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
体または一部において得られているため、電極の表面に集電体を接触させる場合に必要とされた締結部材が不要となる。このため、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
図1は、参考の形態1に係る燃料電池の分解斜視図である。燃料電池10は、膜電極接合体20、水素吸蔵合金タンク30、アノード側筐体40、カソード側筐体42を備える。膜電極接合体20の詳細な構造については後述し、燃料電池10の全体的な概略構造について説明する。
た締結部材が不要となる。このため、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
実施の形態2に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態1と同様である。図3は、実施の形態2に係る燃料電池の膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。実施の形態2の膜電極接合体20では、隣接するセル間にアノード側に突き出た突出部100が形成されている。突出部100において、電解質膜22が折り返されている。カソード26aと接する集電体82aの延長部分が、折り返された電解質膜22の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜22の間において、集電体82aの延長部分は、カソード26a側の電解質膜22aと接し、カソード26b側の電解質膜22bとは離間している。集電体82aと電解質膜22bとの間に絶縁体86bが埋め込まれている。絶縁体86bにより、集電体82aと電解質膜22bとが絶縁されている。また、アノード側において、アノード24bと接する集電体80bの延長部分が、電解質膜22bに沿って設けられている。なお、突出部(電気接続手段)がアノード側に突き出しているため、本実施の形態では、カソードにおける空気の拡散性が確保されている。
参考の形態3に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態1と同様である。参考の形態1の燃料電池では、膜電極接合体20の端部にインターコネクタを設けることにより、各セルを電気的に直列に接続しているが、各セルを直列に接続する手段はこれに限られない。参考の形態3の膜電極接合体20では、図5に示すように、インターコネクタ110が隣接するセルの間に設けられている。具体的には、隣接するセル間において、アノード側の集電体80bとカソード側の集電体82aとが対向するように、集電体80bおよび集電体82aが参考の形態1に比べて延長している。インターコネクタ110は、集電体80bと集電体82aとの間に設けられ、集電体80bと集電体82aを電気的に接続する。
実施の形態4に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態1と同様である。図6は、実施の形態4で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。実施の形態4の膜電極接合体20では、実施の形態2と同様に、隣接するセル間にアノード側に突き出た突出部100が形成されている。本実施の形態では、セル間に設けられたインターコネクタ110が突出部100において電解質膜22を貫通している。インターコネクタ110により、アノード側の集電体80bとカソード側の集電体82aとが電気的
に接続されている。
参考の形態5に係る燃料電池の構成は、膜電極接合体を除いて参考の形態1と同様である。参考の形態1,3および実施の形態2、4では、各セルの電極の一辺に沿って集電体が設けられているが、参考の形態では、各セルの電極の周囲全体(四辺)に集電体が設けられ、電極周囲の各辺と集電体とが接している。図7は、参考の形態5で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。参考の形態では、集電体80a、bは、それぞれ、アノード24a、bの周囲全体に設けられ、アノード24a、b周囲の四辺の側面に接している。また、集電体82a、bは、それぞれ、カソード26a、bの周囲全体に設けられ、カソード26a、b周囲の四辺の側面に接している。隣接するセルの間において、集電体80aと集電体80bとは、絶縁体84aによって絶縁されている。また、集電体82aと集電体82bとは、絶縁体86aによって絶縁されている。隣接するセルにおいて、一方のセルのアノード側の集電体80と他方のセルのカソード側の集電体82とは、膜電極接合体20の端部に設けられたインターコネクタ(図示せず)により電気的に接続される。これにより、各セルが電気的に直列に接続される。
図8は、実施の形態6で用いられる膜電極接合体の構造の要部を示す断面図である。本実施の形態では、参考の形態5に示した膜電極接合体のアノード側において隣接するセルの間に突出部100が設けられている。突出部100において、電解質膜22が折り返されている。カソード26aと接する集電体82aの延長部分が、折り返された電解質膜22の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜22の間において、集電体82aの延長部分は、カソード26a側の電解質膜22aと接し、カソード26b側の電解質膜22bとは離間している。また、カソード26bと接する集電体82bの延長部分が、折り返された電解質膜22の間に埋め込まれている。折り返された電解質膜22の間において、集電体82bの延長部分は、カソード26b側の電解質膜22bと接し、カソード26a側の電解質膜22aとは離間している。折り返された電解質膜22の間において、集電体82aと集電体82bとの間に絶縁体86aが埋め込まれている。絶縁体86aにより、集電体82aと集電体82bとが絶縁されている。
図9は、実施の形態6で用いられる膜電極接合体の作製方法を示す工程図である。まず、図9(A)に示すように、印刷法を用いて、電解質膜22の一方の面に所定の間隔で複数のカソード(触媒層)26を形成するとともに、電解質膜22の他方の面に各カソードに対応して所定の間隔で複数のアノード(触媒層)24を形成する。また、隣接するカソード間において、各カソードの周囲全体に設けられ、カソード周囲の各辺に接続された一対
の集電体82を形成した後、一対の集電体82を被覆するように、絶縁体86を形成する。また、隣接するアノード間において、各アノードの周囲全体に設けられ、アノード周囲の各辺に接続された一対の集電体80を形成する。
図10は、実施の形態6で用いられる膜電極接合体の他の作製方法を示す工程図である。本工程では、まず、図10(A)に示すように、絶縁体86の両面にそれぞれ集電体82を形成した部材を予め作製する。一方、電解質膜22の一方の面に所定の間隔で複数のカソード(触媒層)26を形成する。また、電解質膜22の他方の面に各カソードに対応して所定の間隔で複数のアノード(触媒層)24を形成する。隣接するアノード間において、各アノードの周囲全体に設けられ、アノード周囲の各辺に接続された一対の集電体80を形成する。
参考の形態5では、膜電極接合体20の端部に設けられたインターコネクタに各セルが電気的に直列に接続されている。実施の形態7では、参考の形態5に対応し、隣接するセルの間に設けられたインターコネクタにより各セルが電気的に直列に接続されている。具体的には、図11に示すように、参考の形態7の膜電極接合体20では、インターコネクタ110が隣接するセルの間に設けられている。隣接するセル間において、アノード側の集電体80bとカソード側の集電体82aとが対向するように、集電体80bおよび集電体82aが参考の形態5に比べて延長している。インターコネクタ110は、集電体80bと集電体82aとの間に設けられ、集電体80bと集電体82aを電気的に接続する。
実施の形態6では、膜電極接合体20の端部に設けられたインターコネクタに各セルが電気的に直列に接続されている。実施の形態8では、実施の形態6に対応し、隣接するセルの間に設けられたインターコネクタにより各セルが電気的に直列に接続されている。具体的には、図12に示すように、実施の形態8の膜電極接合体20では、突出部100内において、隣接するセルの間にインターコネクタ110が設けられている。隣接するセル間において、アノード側の集電体80bとカソード側の集電体82aとが対向するように、集電体80bおよび集電体82aが実施の形態6に比べて延長している。インターコネクタ110は、集電体80bと集電体82aとの間に設けられ、集電体80bと集電体82aを電気的に接続する。
20の端部に設けられずに、隣接するセルの間に設けられているため、インターコネクタに必要な占有面積を低減することができる。この結果、燃料電池のさらなるコンパクト化を図ることができる。
実施の形態8の膜電極接合体20では、カソード26a、bが平坦な形状であるが、カソード26a、bの形状は平坦でなくてもよい。図13に示すように、実施の形態9の膜電極接合体20では、カソード26a、bは、それぞれ、その外周部分に対して中央部分が凸になっている。また、カソード26a、bの外周部分は、なめらかに湾曲した形状(R部分)となっている。
0bおよび絶縁体86bが形成されている。
Claims (3)
- 電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを有し、平面状に配列された複数のセルと、
隣接する前記セルを電気的に接続する電気接続手段と、
絶縁体と、
を備え、
前記電気接続手段の周囲に電解質膜及び絶縁体が存在し、
前記電気接続手段が前記アノードおよび前記カソードの周囲の全体または一部に接することにより、前記電気接続手段と各セルの前記アノードおよび前記カソードとの電気的な接続が得られ、前記電気接続手段が屈曲し、前記電気接続手段および前記電気接続手段の周囲の電解質膜及び/又は絶縁体が前記アノード面または前記カソードのいずれか一方の面に突出していることを特徴とする燃料電池。 - 前記電気接続手段が前記アノードの面に突出し、前記カソードの少なくとも一部は、その外周部分に接続された前記電気接続手段に対して凸になっていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
- 前記電気接続手段が隣接するセルを電気的に直列に接続するインターコネクタを含み、前記インターコネクタが隣接するセルの間に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池。
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